Termonükleer enerjiye neden ihtiyaç duyulur?
Küresel sıcaklıkların 1,5'tan fazla artmasını önlemek
Ya tüm bu acil sorunları çözebilecek tek bir enerji çözümü olsaydı? Bu harika görünse de, var.
En güçlü enerji biçimlerinden biribugün kullandığımız nükleer enerjidir. Modern nükleer enerji son derece verimli ve sıfır karbon emisyonu oluştursa da, birçok dezavantajı vardır ve bunlar ciddidir: potansiyel nükleer eriyikler ve binlerce yıldır tehlikeli kalan radyoaktif atıklar.
Ama daha iyi bir yol var.
Termonükleer füzyon nedir ve Dünya'da nasıl uygulanabilir?
Mevcut tüm nükleer reaktörler,nükleer fisyon kullanmak, enerji üretmek için atomları bölme işlemi. Yıllar boyunca bilim insanları, Dünya'daki artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak için ters işlemi - atomları birbirine bağlayarak güneşe "güç veren" nükleer füzyonu nasıl kullanabileceğimizi merak ettiler. Termonükleer füzyonun kendisi süper güçlü bir süreçtir, fisyondan birkaç kat daha güçlüdür ve yakıtı uranyum veya plütonyum değil, hidrojen olduğu için nükleer atık oluşumuna yol açmaz. Aslında, bir füzyon reaktörünün geliştirilmesi başarılı olursa, bilim adamları Dünya'da bir “mini güneş” yaratacaklar.
"Kontrollü termonükleer reaksiyonların başarılması,Bunları üretmek için gerekenden daha fazla enerji tüketen ve ticari olarak iklim değişikliğine potansiyel bir yanıt olarak görülen, ”diyor Scientific American'dan bilim muhabiri Nathaniel Gronevold. Füzyon enerjisi, fosil yakıtlara olan ihtiyacı ortadan kaldıracak ve yenilenebilir enerjilerin doğasında bulunan süreksizlik ve güvenilirlik sorunlarını çözecektir. Enerji, nükleer fisyon enerjisi ile ilgili endişeleri artıran tehlikeli miktarda radyasyon olmadan üretilecek. "
Uluslararası Termonükleer YetkilileriFransa'nın güneyinde bulunan çok uluslu bir proje olan Deneysel Reaktör (ITER), tarihi bir kilometre taşı olan First Plasma'dan sadece 6,5 yıl sonra olduklarını duyurdu. 35 ülkeden oluşan bir konsorsiyum tarafından desteklenen ITER projesi, bu hafta yapılan basın açıklamasına göre şu anda% 65 tamamlandı. Yeni kurulan bölüm - kriyostatın tabanı ve alt silindir - süper sıcak plazmanın füzyon çekirdeğini çevreleyen güçlü manyetik alanı barındırmak için seçilen teknolojik yapı olan tokamak'ın kurulumunun yolunu açıyor.
Nükleer füzyon sorunları
Nükleer füzyonun gerçekleştirilmesi çok zor çünküAşırı koşullar - örneğin, Güneş'in çekirdeğinde - burada Dünya'da yeniden üretilmesi gereken. ABD Enerji Bakanlığı'nda açıklandığı gibi, "termonükleer reaksiyonlar bilim adamları tarafından incelenir, ancak çekirdekleri kaynaştırmak için gereken muazzam basınç ve sıcaklık nedeniyle uzun süre sürdürmek zordur."
Füzyon enerjisi kontrol altına alınmayı gerektiriryüksek basınç altında çok sıcak plazma. Güneş'in merkezinden kat kat daha sıcak olan çok sıcak plazmanın manyetik olarak hapsedilmesi, güçlü manyetik alanlar gerektirir. Dünya yüzeyindeki atmosfer basıncının 10 katı olmalılar. Manyetik alanın gücü, bu koşulların elde edilmesinde kritik bir parametredir, çünkü hem plazmayı sıcak tutmak için yalıtım sağlar, hem de onu sabit tutmak için harici basınç sağlar; bunların tümünü plazma ile malzemenin yüzeyi arasında fiziksel temas olmadan sağlar.
Her ne kadar nükleer füzyon üretilse deModern dünyanın en zor sorunlarından bazılarını çözmek için inanılmaz fırsatlar var, zaman akıp gidiyor ve birçok uzman, füzyon çok yakında olsa bile zamanın bizden yana olmadığını söylüyor. ITER'nin 2025 yılına kadar faaliyete geçmesi ve 2035 yılı civarında tamamen faaliyete geçmesi umulsa da, bu için çok geç olabilir. 2019 yılında iklim uzmanları, Hükümetlerarası Panel'in gezegenin değişen durumunu tersine çevirmek için dünyaya verdiği 12 yıllık sürenin 18 aya indirilmesi gerekebileceğini savundu. Potsdam İklim Enstitüsü'nden Hans Joachim Schellnhuber bunu bir yıl önce şu şekilde açıklamıştı: "İklim matematiği çok açık: Dünya önümüzdeki birkaç yıl içinde iyileştirilemese de, 2020'den önce ihmal nedeniyle ölümcül şekilde yaralanabilir."
Ancak, bu hafta temiz enerji umutları yeniden canlandı.
SPARC projesi
Bilim adamları kompakt bir versiyon geliştiriyorBir dizi araştırma makalesinde nükleer füzyon reaktörünün işe yaradığı gösterildi; bu, uzun zamandır ulaşılması zor olan güneş enerjisi üretimini taklit etme hedefine ulaşılabileceği ve sonuçta iklim değişikliğiyle mücadeleye katkıda bulunabileceği umutlarını yeniden canlandırdı.
Plazma Araştırma ve Termonükleer MerkeziMIT, özel bir başlangıç olan Commonwealth Fusion Systems (CFS) ile işbirliği içinde SPARC konsept projesini geliştiriyor. Bu, saf termonükleer enerji ile kompakt bir yüksek voltaj deneyidir. SPARC'nin mevcut orta menzilli füzyon cihazlarının boyutunda olması ancak çok daha güçlü bir manyetik alana sahip olması bekleniyor. Bilim adamları, fizik yasalarına dayanarak, cihazın 50-100 MW termonükleer enerji üreteceğini umuyor. Böyle bir deney, temiz enerji yaratmanın ve yeni süperiletken teknolojisi kullanılarak inşa edilmiş bir cihaz yaratma olasılığının ilk kanıtı olacaktır. SPARC, yeni yüksek alanlı, yüksek sıcaklıklı süper iletken (HTSC) mıknatısların kullanımıyla füzyon gelişimini hızlandırmaya yönelik genel bir stratejinin parçasıdır.
Sparc füzyon santrali, reaksiyon odasının bu görüntüsünde gösterildiği gibi nispeten küçük olacaktır.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
İnşaat süresi
Reaktörün inşaatının altında olması bekleniyorAraştırmacılar ve şirket yetkilileri, Massachusetts Institute of Technology'deki araştırmacılar ve Commonwealth Fusion Systems'ın bir yan kuruluşu tarafından geliştirilen SPARC adının önümüzdeki baharda başlayacağını ve üç veya dört yıl süreceğini söyledi.
Hala birçok ciddi sorun olsa daşirket, inşaatın ardından denemeler yapılacağını ve başarılı olursa önümüzdeki on yıl içinde elektrik üretmek için füzyon enerjisini kullanabilecek bir santral olacağını söyledi.
Bu iddialı program, bundan çok daha hızlıdır.dünyanın en büyük füzyon enerjisi projesi, Fransa'nın güneyinde ITER adı verilen çok uluslu bir proje. 2013 yılından bu yana inşaatı devam eden bu reaktör, elektrik üretmek üzere tasarlanmasa da 2035 yılına kadar füzyon reaksiyonları üretmesi bekleniyor.
Bob Mumgaard, Commonwealth CEO'suŞirketin kurucularından biri olan Fusion, SPARC projesinin amacının, küresel ısınmanın etkilerini hafifletmede rol oynamak için zamanında termonükleer füzyon geliştirmek olduğunu söyledi. "Termonükleer enerjiyi olabildiğince çabuk elde etmeye odaklandık" dedi.
Hafif atomların bulunduğu termonükleer füzyonOn milyonlarca derece sıcaklıkta bir araya gelerek enerji açığa çıkarmak, dünyanın elektrik üretiminin iklim değişikliği etkileriyle baş etmesinin bir yolu haline geldi.
Atomları parçalayan geleneksel bir nükleer fisyon enerji santrali gibi, bir füzyon tesisi de fosil yakıtları yakmayacak ve sera gazı emisyonu üretmeyecektir.
Proje eleştirisi
Projenin hırslarına rağmen yoldaki engellerfüzyon plazması oluşturabilen ve dokunduğu her şeye zarar veren veya yok eden dönen süper sıcak atom bulutunu işleyebilen bir makinenin yaratılması muazzamdır.
On yıllardır termonükleer enerji üzerinde çalışan bazı bilim adamları, Sparc'ın beklentileri konusunda hevesli olsalar da, zaman çizelgesinin gerçekçi olmayabileceğini söylüyorlar.
"Bu belgeleri okumak (araştırma kağıtları- yakl. Wisconsin Üniversitesi'nden projede yer almayan fizikçi Carey Forest, "ed. Ancak, proje zaman çizelgesinin gerçekçi olup olmadığından emin değil.
Dr. Mumgaard'a göre SPARC,ITER'den daha küçük - bir futbol sahasına kıyasla bir tenis kortu büyüklüğü - ve resmi tahminlere göre yaklaşık 22 milyar dolara mal olacak uluslararası bir projeden çok daha ucuz, ancak bu rakam sınır değil. 2018 yılında kurulan ve yaklaşık 100 çalışanı bulunan Commonwealth Fusion, projesi için bugüne kadar 200 milyon dolar topladı.
Sparc ve ITER arasındaki farklar
Neredeyse bir asır önce başladıklarından beriFüzyon deneyleri nedeniyle, kullandığından daha fazla enerji üretebilecek pratik bir füzyon cihazı yaratma ihtimali hala belirsizliğini koruyor.
Ancak bilim adamlarının The Journal of Plasma Physics dergisindeki bulgularına göre SPARC projesi başarıya ulaşacak ve tükettiğinden 10 kat daha fazla enerji üretecek.
Araştırma ", projeninMIT Plazma Araştırma ve Füzyon Merkezi müdür yardımcısı ve projenin baş bilim adamlarından biri olan Martin Greenwald, "bizim için çalıştığımız muhtemelen işe yarayacak" dedi. Dr. Greenwald, Commonwealth Fusion'ın kurucusudur ancak şu anda şirkete bağlı değildir.
SPARC, aynı cihaz türünü kullanırITER: İçinde bir füzyon reaksiyonunun gerçekleştiği tokamak veya halka şeklindeki oda. Plazma bulutu çok sıcak olduğu için - Güneş'ten daha sıcak - manyetik kuvvetler tarafından tutulmalıdır.
ITER bunu, sıvı helyum ile soğutulması gereken süper iletken teller içeren devasa elektromanyetik bobinler kullanarak yapar.
ITER füzyon reaktörünün modeli (kesit)
CC BY-SA 2.0 fr
Greenwald'a göre SPARC,çok daha güçlü bir manyetik alan oluşturabilen sözde yüksek sıcaklık süper iletkenlerini kullanan yeni bir elektromanyetik teknolojinin faydaları. Sonuç olarak, plazma çok daha küçüktür.
Belgeler şunu gösteriyor: "bu yüksek yolalan hala geçerli görünüyor ”dedi Dr. Greenwald. "Mühendislik zorluklarının üstesinden gelebilirsek, bu makine tahmin ettiğimiz gibi çalışacaktır."
Commonwealth Fusion, SPARC'ın birkaç ay içinde nerede olduğunu açıklayacağını söyledi.
Termonükleer enerji üzerinde başka kim çalışıyor ve herhangi bir umut var mı?
Commonwealth Fusion, birçokAraştırma kurumları ile ortaklaşa füzyon enerjisinin geliştirilmesi ve ticarileştirilmesi üzerinde çalışan ve yüz milyonlarca dolarlık yatırımla desteklenen şirketler.
Örneğin, TAE Technologies merkezliGüney Kaliforniya'da nükleer füzyon oluşturmak için birbirine iki plazma bulutu fırlatan doğrusal bir cihaz kullanan bir tasarım üzerinde çalışıyor.
İngiltere'deki Oxford Üniversitesi'nin bir yan kuruluşu olan First Light Fusion, termonükleer yakıtı sıkıştırmak ve sıkıştırmak için enerji kullanıyor.
Doktor Forest şunları söyledi:Daha güçlü manyetik alanlar kullanan SPARC'ın daha "korunumlu" olduğu söylenebilir. “Bu, onu, tanımları gereği daha fazla riskli” diye vurguluyor.
William Dorland, Maryland Üniversitesi'nde fizikçi veThe Journal of Plasma Physics'in editörü, derginin bu füzyon projelerinden bazılarının temsilcilerinden "fiziksel temelleri hakkında konuşmalarını" istediğini söyledi. MIT ve Commonwealth Fusion grubu hemen kabul etti, dedi.
"Benim açımdan bu, bu grupların ilki,Özel parası olan, aslında ne yaptıkları konusunda çok açık, ”dedi Dr. Dorland. - Makul insanlar işe yarayıp yaramadığı konusunda hemfikir değil. Ama adım atıp bize normal bilimi kullanarak neler olduğunu anlattıkları için mutluyum ”diye bitiriyor.
Sonunda, ne gibi sonuçlar beklenirbir füzyon reaktörü geliştirmek mi? Teknolojik süreçler hata ayıklanır ve kontrol edilirse insanlığı kurtaracaktır. Fisyon yerine atomların füzyonundan elde edilen temiz enerji, en azından gezegeni nükleer atıklardan koruyacaktır.
Sonuç nedir?
Projelerin tüm tehlikesine ve karmaşıklığına rağmenTermonükleer füzyonun gelişmesiyle birlikte, insanlığın herhangi bir alternatifi yok gibi görünüyor. Gezegenin yetenekleri, insan ihtiyaçlarının aksine sınırlıdır. SPARC, ITER veya herhangi bir startup'ın verdiği sözleri yerine getirip getiremeyeceğini zaman gösterecek.
Ayrıca okuyun
Bilim adamı, pahalı güneş panellerinin yerini alabilecek bir boya yarattı
CHEOPS görevi, evrendeki en sert koşullara sahip bir gezegen buldu. ana fikir
Gökbilimciler 60'lardan kalma bir ay hızlandırıcısı keşfettiler. Dünya'ya doğru gidiyor