La tuumaenergia sellel on maailma energiasüsteemis suur tähtsus. See on võimeline tootma suures koguses energiat osa jätmise hinnaga tuumajäätmed ravida. Tuumasüntees See on üks suurimaid väljakutseid, mida inimkond peab veel arendama. See on tohutu võimalus, mis võib energia- ja tarnepuudujäägi probleemid lõpetada. Üle maailma on arvukalt teadlasi, kes juhivad selle kohta suurepäraseid uuringuid.
Selles artiklis räägime teile, mis on tuumasüntees ning millised on eelised ja võimalused, mida see tooks inimkonnale, kui see suudaks muutuda kaubanduslikuks. Kas soovite selle kohta rohkem teada saada? Tuleb lihtsalt edasi lugeda.
Mis on tuumasüntees
Eelmises artiklis nägime seda tuuma lõhustumine See oli raskete aatomite, nagu plutoonium ja uraan, purustamiseks energia saamiseks. Sellisel juhul annab tuumasüntees signaali täiesti vastupidisest protsessist. See on reaktsioon võimeline ühendama kaks kergemat südamikku, moodustades raskema.
Kahe kergema aatomi ühendamine raskema moodustamiseks vabastab energiat, kuna raske tuum on väiksem kui kahe tuuma kaalu summa eraldi. Seda ära kasutades saab energiat vabastada kõigeks. Võttes arvesse, et selle protsessi energia on väga kontsentreeritud, on ainult ühes grammis ainet miljonid aatomid, nii et vähese kütusega võib see toota tohutult energiat, kui võrrelda seda praeguste kütustega.
Sõltuvalt tuumasünteesiprotsessis osalevatest tuumadest tekib rohkem või vähem energiat. Kõige lihtsam reaktsioon on deuteeriumi ja triitiumi liitumine heeliumi saamiseks. Selles reaktsioonis vabaneks 17,6 MeV. See on praktiliselt ammendamatu energiaallikas, kuna leiame deuteeriumi mereveest ja triitiumi võib saada tänu reaktsioonis eralduvale neutronile.
Kuidas toimub tuumasüntees?
Ehkki see ülemaailmne energiatootmine lahendaks energia- ja saasteprobleemid, pole see nii lihtne. Teate kindlasti, et see töötab, ja teate, kuidas seda teha. Kuid tingimused, mis on vajalikud protsessi absoluutse täpsuse kontrollimiseks, pole veel täielikult teada. Peate arvama, et see tuumasüntees on protsess, mis toimub meie suurimas tähes Päikeses. Seetõttu selle teostamiseks peate saama väga kõrgeid temperatuure.
Tuumasünteesireaktorites, mida kuumutatakse kakssada miljonit kraadi, võib kasutada pilvedena esinevaid osakesi. Kujutage sellel temperatuuril ette vaid sekund; see tähendaks peaaegu kõigi objektide täielikku lagunemist. Need temperatuurid on vajalikud, kui tahame, et protsess toimuks. Ainuüksi nende kõrgete temperatuuridega tegelemine on teadlaste jaoks juba väljakutse, kuna pole ühtegi materjali, mis taluks neid ise hävitamata.
Selle hullumeelse temperatuuri olukorra leevendamiseks kasutatakse plasmat. Selle magnetiline piiramisefekt on kümme korda kuumem kui Päikese südamik. Koletu temperatuur, millele need aatomid peavad alluma, on see, et see on neile ainus viis seda anda. kineetiline energia vajalik nende loomuliku tõrjumise ületamiseks ja ühinemiseks.
Kaks tuuma Neil on sama elektriline ja positiivne laeng, seetõttu tõrjuvad nad üksteist. Nii kõrgete temperatuuride korral suudame tekitada nii tugeva kineetilise energia, et see võib sidumisvõime üle kanda. Nende temperatuuridega töötamine ning kõigi sellesse sekkuvate tegurite ja tingimuste kontrollimine on midagi täiesti keerulist.
Teaduslikud isoleerimisstrateegiad
Eeltoodud põhjustel on tuumasünteesi uurivad teadusrühmad välja töötanud kaks erinevat etappi ja strateegiat: magnetiline ja inertsiaalne sulgemine.
Magnetiline sulgemine on see, mis keskendub sellele, et magnetväljas olev plasma saaks takistada XNUMX miljoni Celsiuse kraadi aatomite tuumade puutumist reaktori seintega. Sel moel eKaitseme seda, mida kasutatakse ühinemise toimumiseks.
Oluline aspekt, mida tuleb arvestada, on see, et kuigi kõik osakesed alluvad sellele temperatuurile, ei saa kõik sidumisprotsessi läbida. See on parameeter, mille teadlased on välja toonud kui tuumasünteesi tasuvuse piiramist energia seisukohast. Selliselt, et majanduslikult tasuvaks saamiseks peab ühinemiste arv olema nii suur, et tekkiv energia oleks suurem kui selle tootmisse investeeritud.
Kuigi Päikese temperatuur on kümme korda madalam kui termotuumasünteesi tekitamiseks vajalik, võimaldab see oma tohutut massi arvestades suurendada survet, millele tuumad alluvad ja sulandumine toimub raskusjõu abil. Seda survet ei saa meie planeedil uuesti luua, seega tuleb need temperatuurid saavutada.
Teisest küljest ei kasutata inertsiaalse sulgemise korral magnetvälja, et vältida plasma puutumist reaktori seintega, vaid soovitatakse pigem kasutada kütust väikese osa deuteeriumi ja triitiumi sisselöömiseks. Seega kondenseerub kogu materjal vägivaldsel viisil ja selle tulemusel tekib deuteeriumi ja triitiumi tuum.
Millal on see majanduslikult tasuv?
Selleks, et see energia saamise protsess oleks täielikult äriliselt elujõuline, on veel vaja uurida ja katsetada vähemalt kolm aastakümmet. Praeguse uurimis- ja investeerimismäära säilitamine sellel teemal, on võimalik, et tehnika, millega see lõpuks kaubaks tehakse, on magnetiliselt piiratud.
Kui tahame, et selle sajandi keskpaigaks oleks tuumasünteesist energiatootmine, vajame teadlastel vajalike materjalide ja ressursside olemasolu kõigi asjakohaste uuringute läbiviimiseks. Kui see nii ei ole, on meil ainult täis meelelahutusega ja edusammudeta teadlasi.