Nükleer füzyon nedir?
Nükleer füzyon (bu durumda nükleer füzyon) bir reaksiyondur
Modern astrofiziklere göreGüneş ve diğer yıldızların ana enerji kaynağı, derinliklerinde meydana gelen termonükleer füzyondur. Karasal koşullar altında bir hidrojen bombasının patlamasıyla gerçekleştirilir. Termonükleer füzyona, reaksiyona giren maddelerin birim kütlesi başına devasa bir enerji salınımı eşlik eder (kimyasal reaksiyonlardan yaklaşık 10 milyon kat daha fazla). Bu nedenle, bu sürece hakim olmak ve temelde ucuz ve çevre dostu bir enerji kaynağı oluşturmak büyük ilgi çekicidir. Bununla birlikte, birçok gelişmiş ülkedeki büyük bilimsel ve teknik ekiplerin kontrollü termonükleer füzyon (CTF) üzerine araştırmalarla meşgul olmasına rağmen, termonükleer enerjinin endüstriyel üretimi gerçeğe dönüşmeden önce çözülmesi gereken birçok karmaşık sorun vardır.
Fisyon sürecini kullanan modern nükleer santraller, dünyanın elektrik ihtiyacını yalnızca kısmen karşılamaktadır.Doğal olarak oluşan radyoaktif elementler uranyum ve toryum tarafından beslenirler, doğada bolluğu ve rezervleri çok sınırlıdır; Bu nedenle, birçok ülke için birFüzyon yakıtının ana bileşeni, deniz suyunda bulunan hidrojen izotopu, döteryumdur.Rezervleri halka açıktır ve çok büyüktür (Dünya Okyanusu, Dünya'nın yüzey alanının ~% 71'ini kaplar ve döteryum, suyu oluşturan toplam hidrojen atomu sayısının yaklaşık% 0.016'sını oluşturur).
Yakıt mevcudiyetine ek olarak, termonükleer enerji kaynakları nükleer santrallere göre aşağıdaki önemli avantajlara sahiptir:
- CTS reaktörü, bir nükleer fisyon reaktöründen çok daha az radyoaktif malzeme içerir ve bu nedenle, radyoaktif ürünlerin kazara salınmasının sonuçları daha az tehlikelidir;
- termonükleer reaksiyonlar daha az uzun ömürlü radyoaktif atık üretir;
- TCB, doğrudan elektrik üretimine izin verir.
Füzyon reaksiyonunun başarılı bir şekilde uygulanması, kullanılan atom çekirdeğinin özelliklerine ve reaksiyonu başlatmak için gerekli olan yoğun bir yüksek sıcaklık plazma elde etme olasılığına bağlıdır.
Füzyon sırasında enerji nasıl salınır?
Nükleer füzyon sırasında enerji salınımı,çekirdeğin içinde hareket eden aşırı yoğun çekim kuvvetleri; bu kuvvetler, çekirdeği oluşturan protonları ve nötronları bir arada tutar. Çok yoğundurlar ve mesafe ile çok hızlı bozulurlar. Bu kuvvetlere ek olarak, pozitif yüklü protonlar elektrostatik itme kuvvetleri oluşturur. Elektrostatik kuvvetlerin etki yarıçapı nükleer kuvvetlerinkinden çok daha büyüktür, bu nedenle çekirdekler birbirinden çıkarıldığında hakim olmaya başlarlar.
Normal koşullar altında, çekirdeklerin kinetik enerjisihafif atomlar elektrostatik itmenin üstesinden gelemeyecek kadar küçüktür, yaklaşabilir ve bir nükleer reaksiyona girebilirler. Bununla birlikte, itmenin üstesinden "kaba" kuvvet, örneğin, yüksek nispi hızda çekirdeklerin çarpışmasıyla aşılabilir.
Bilim adamları neden nükleer füzyon yapıyor?
Termonükleer geliştiren araştırmacılarTükettiğinden daha fazla güç üretebilen bir reaktör, bir dizi son çalışmada, tasarımlarının işe yaraması gerektiğini göstermiş ve bu temiz, sınırsız enerji kaynağının iklim krizini hafifletmeye yardımcı olacağına dair iyimserliği geri kazanmıştır.
Massachusetts'ten bir grup araştırmacıTeknoloji Enstitüsü (MIT) ve diğer enstitüler, kompakt füzyon reaktörü SPARC'nin gerçekte çalışacağını açıkladı. En azından teoride, yakın zamanda yayınlanan bir dizi çalışmada iddia ettikleri gibi.
Ekip, planlama aşamalarındabeklenmedik engeller veya sürprizler bulunamadı. Bu, 12 farklı bilim kurumundan 47 araştırmacının yazdığı yedi makalede belirtiliyor.
Yeni reaktör hala gelişimin ilk aşamalarında olmasına rağmen, bilim adamları on yılın sonunda bunu yapabileceğini umuyorlar. Projenin kıdemli bilim insanlarından biri olan Martin Greenwald, The Guardian'a verdiği demeçte, iddialı zaman çizelgesi için temel motivasyonun ısınan bir ortamda enerji ihtiyaçlarını karşılamak olduğunu söyledi."Füzyon, yaklaşmakta olan iklim felaketinden kurtulmak için olası çözümlerden biri gibi görünüyor" dedi .
Füzyonla ilgili sorun nedir ve gezegene nasıl yardımcı olabilir?
Nükleer füzyon, fiziksel bir süreçGüneşimize güç vermek, atomların aşırı yüksek sıcaklık ve basınçlarda çarpışması ve daha ağır atomlarla kaynaşarak muazzam miktarda enerji salmasına neden olmasıyla gerçekleşir.
Geçen yüzyılda ilk keşfedildiğinden beri, bilim adamları, yakıtı - hidrojen izotopları - bol ve yenilenmiş olan son derece yoğun bir enerji biçimi olan nükleer füzyondan yararlanmaya çalıştılar. Dahası, füzyon sera gazı veya karbon üretmez ve nükleer fisyon reaktörlerinin aksine erime riski.
Bununla birlikte, bu nükleer enerji biçiminin kullanımı son derece zordu, çünkü "atom altı parçacıklar çorbasının" - plazmanın yüz milyonlarca dereceye kadar ısıtılmasını gerektiriyordu - herhangi bir kaba dayanamayacak kadar sıcak.Bunu aşmak için bilim adamları, içinden geçen güçlü bir manyetik alana sahip çörek şeklinde bir kamera geliştirdiler.plazma yerinde .
Zaten ne geliştiriliyor?
Massachusetts Teknoloji Bilim Adamları Enstitüsüve bağlı ortaklığı olan Commonwealth Fusion Systems, 2018'in başlarında öncüllerinden daha kompakt yeni bir reaktör tasarlamaya başladı ve inşaat önümüzdeki yılın ilk yarısında başlayacak. Araştırmacılara ve şirket yetkililerine göre, zaman çizelgeleri plana göre giderse, Sparc adlı bir reaktör 2030 yılına kadar şebeke için elektrik üretebilir. Bu, mevcut büyük füzyon enerjisi girişimlerinden çok daha hızlı olacak.
Mevcut reaktör tasarımları, tüketiciler için gerçekten elektrik üretmek için çok büyük ve pahalıdır.MIT ve Commonwealth Fusion ekibi, son teknoloji ürünü, ultra güçlü mıknatıslar kullanarak kompakt, verimli ve ölçeklenebilir bir reaktör yaratmayı umuyortokamak. Gerçekten yaptığımız şey, büyük yeni olasılıklar açmak için mevcut bilimi yeni materyallerle birleştirmek" dedi.
Sparc cihazınınEylül ayında yayınlanan araştırma makalelerinde teorik olarak operasyon için gerekenden daha fazla enerji üretebilir, bir sonraki adım bir reaktör ve ardından şebekede elektrik üretecek bir pilot tesis inşa etmektir.
Nükleer füzyonun artıları ve eksileri
Bilim adamları ve girişimciler uzun zamandır söz verdilertermonükleer füzyon hemen köşede, ancak aşılamaz sorunlarla karşı karşıya. Bu, özellikle rüzgar, güneş ve diğer yenilenebilir enerji kaynakları, füzyondan daha az güçlü olmasına rağmen, daha verimli ve uygun maliyetli hale geldikçe, yatırım yapma konusunda isteksizliğe neden oldu.
Ancak durum değişiyor.Biden'ın 2 trilyon dolarlık planında, ileri nükleer teknolojiyi bir dekarbonizasyon stratejisinin parçası olarak adlandırdı. Demokratlar, 1972'den beri ilk kez nükleer enerjiyi desteklediler. Füzyonu rüzgar ve güneşten daha uzun vadeli bir dayanak olarak gören bazı büyük petrol ve gaz şirketleri de dahil olmak üzere özel kaynaklardan da önemli yatırımlar geliyor.
Commonwealth Fusion'ın CEO'su Bob Mamgaard'a göre amaç, füzyonu güneş ve rüzgar enerjisinin yerini almak için kullanmak değil , onları tamamlamaktır."Büyük şehirlere güç sağlamak veya üretim yapmak gibi endüstriyel ölçekte sadece yenilenebilir enerji kaynaklarıyla yapılması zor olacak şeyler var" dedi ."Sentezin işe yarayabileceği yer burasıdır."
Plazma topluluğu bir bütün olarak Sparc'ın ilerlemesi konusunda hevesli, ancak bazıları teknik ve düzenleyici engeller nedeniyle iddialı zaman çizelgesini sorguladı.
Daniel Jessby, 25 yıllık bilimsel araştırmaPrinceton Plazma Fiziği Laboratuvarı'ndaki bir çalışan, SPARC gibi bir füzyon reaktörünün olası bir alternatif enerji kaynağı haline gelip gelemeyeceğinden şüpheleniyor. Sparc'ın yakıt olarak kullanacağı hidrojen izotoplarından biri olan Trityum, doğada oluşmadığını ve üretilmesi gerektiğini söyledi.
Massachusetts Teknoloji EkibiEnstitü, bu maddenin sentez reaksiyonunun kendisi tarafından sürekli olarak yenileneceğini varsaymaktadır. Ancak Jessby, bunun büyük miktarda elektrik gerektireceğine ve reaktörü çok pahalı hale getireceğine inanıyor. “Güneş ve rüzgar enerjisini bedavaya aldığımızı düşündüğünüzde, bir füzyon reaksiyonuna güvenmek aptalca olur” diye bitiriyor.
Daha fazla oku
Araştırma: insanlar süper zeki AI makinelerini kontrol edemeyecek
Kürtaj ve bilim: doğum yapacak çocuklara ne olacak
Hubble'ın en güzel resimlerine göz atın. Teleskop 30 yılda ne gördü?