La energia nuklearna ma ogromne znaczenie w światowym systemie energetycznym. Jest w stanie wytworzyć dużą ilość energii kosztem pozostawienia jej części odpady nuklearne być traktowanym. Fuzja nuklearna Jest to jedno z największych wyzwań, przed którymi ludzkość jeszcze nie powstała. To ogromna szansa, która może położyć kres problemom niedoborów energii i dostaw. Na całym świecie jest wielu naukowców, którzy prowadzą wielkie badania nad nią.
W tym artykule pokażemy, czym jest fuzja jądrowa oraz jakie korzyści i możliwości przyniosłaby ludzkości, gdyby stała się komercyjna. Chcesz wiedzieć więcej na ten temat? Musisz tylko czytać dalej.
Co to jest fuzja jądrowa
Widzieliśmy to w poprzednim artykule rozszczepienia jądrowego chodziło o rozbicie ciężkich atomów, takich jak pluton i uran, w celu uzyskania energii. W tym przypadku fuzja jądrowa sygnalizuje zupełnie odwrotny proces. To reakcja zdolny do łączenia dwóch lżejszych rdzeni w jeden cięższy.
Połączenie dwóch lżejszych atomów w celu uzyskania cięższego uwalnia energię, ponieważ ciężkie jądro jest mniejsze niż suma masy dwóch jąder oddzielnie. Korzystając z tego, energia może zostać uwolniona w procesie na wszystko. Biorąc pod uwagę, że energia tego procesu jest bardzo skoncentrowana, w zaledwie jednym gramie materii znajdują się miliony atomów, więc przy niewielkiej ilości paliwa może generować ogromne ilości energii, jeśli porównamy to z obecnymi paliwami.
W zależności od jąder biorących udział w tym procesie syntezy jądrowej zostanie wygenerowana większa lub mniejsza ilość energii. Najłatwiejszą do osiągnięcia reakcją jest połączenie deuteru i trytu w celu uzyskania helu. W tej reakcji uwolniłoby się 17,6 MeV. Jest to praktycznie niewyczerpane źródło energii, ponieważ w wodzie morskiej możemy znaleźć deuter, a tryt można uzyskać dzięki neutronowi, który jest wydzielany w reakcji.
Jak przebiega synteza jądrowa?
Chociaż ta globalna produkcja energii rozwiązałaby problemy związane z energią i zanieczyszczeniem, nie jest to łatwe. Wiesz na pewno, że to działa i wiesz, jak to zrobić. Jednak warunki niezbędne, aby móc kontrolować z absolutną precyzją wszystkie wymagania procesu nie są jeszcze w pełni znane. Musisz pomyśleć, że ta fuzja jądrowa jest procesem zachodzącym w naszej największej gwieździe, Słońcu. Dlatego aby to przeprowadzić, trzeba uzyskać bardzo wysokie temperatury.
Cząstki w postaci chmur można wykorzystać w reaktorach termojądrowych, które są poddawane działaniu ciepła o wartości XNUMX milionów stopni. Wyobraź sobie sekundę w takich temperaturach; oznaczałoby to całkowity rozpad prawie każdego przedmiotu. Te temperatury są konieczne, jeśli chcemy, aby proces się odbył. Samo radzenie sobie z tymi wysokimi temperaturami jest już wyzwaniem dla naukowców, ponieważ nie ma materiału, który mógłby je wytrzymać bez zniszczenia się.
Aby złagodzić tę sytuację szalonych temperatur, używa się plazmy. Jego efekt magnetycznego zamknięcia jest dziesięć razy gorętszy niż jądro Słońca. Potworna temperatura, której te atomy muszą być poddane, wynika z tego, że jest to jedyny sposób, w jaki mogą ją wytworzyć. energia kinetyczna konieczne, aby przezwyciężyli swój naturalny odpychanie i scalenie.
Dwa jądra Mają ten sam ładunek elektryczny i dodatni, dlatego odpychają się nawzajem. Przy tak wysokich temperaturach będziemy w stanie wytworzyć tak silną energię kinetyczną, że będzie w stanie przekazać zdolność wiązania. Praca z tymi temperaturami i kontrolowanie wszystkich czynników i warunków, które na nie wpływają, jest czymś całkowicie skomplikowanym.
Naukowe strategie powstrzymywania
Z powyższych powodów grupy naukowe badające fuzję jądrową opracowały dwa różne etapy i strategie: uwięzienie magnetyczne i uwięzienie inercyjne.
Uwięzienie magnetyczne to takie, które koncentruje się na wytwarzaniu plazmy wewnątrz pola magnetycznego, aby jądra atomów o temperaturze XNUMX milionów stopni Celsjusza nie dotykały ścian reaktora. W ten sposób npBędziemy chronić to, co jest wykorzystywane do fuzji.
Ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest to, że chociaż wszystkie cząstki są poddawane tym temperaturom, nie wszystkie mogą przejść proces wiązania. Jest to parametr wskazywany przez naukowców jako ograniczający opłacalność syntezy jądrowej z energetycznego punktu widzenia. W taki sposób, aby liczba fuzji była opłacalna ekonomicznie, musi być na tyle duża, aby wytwarzana energia była większa niż energia zainwestowana w jej produkcję.
Słońce, mimo że ma temperaturę 10 razy niższą od temperatury potrzebnej do wytworzenia syntezy jądrowej, biorąc pod uwagę jego ogromną masę, pozwala na zwiększenie ciśnienia, któremu poddawane są jądra atomowe i następuje fuzja przez uwięzienie grawitacyjne. Tego ciśnienia nie można odtworzyć na naszej planecie, więc te temperatury muszą zostać osiągnięte.
Z drugiej strony, inercyjne uwięzienie nie wykorzystuje pola magnetycznego, aby zapobiec dotykaniu plazmy ścian reaktora, ale raczej proponuje użycie paliwa w celu spowodowania implodowania niewielkiej części deuteru i trytu. W ten sposób cały materiał gwałtownie się kondensuje i powoduje zjednoczenie jąder deuteru i trytu.
Kiedy będzie opłacalne komercyjnie?
Aby ten proces pozyskiwania energii był w pełni opłacalny komercyjnie, potrzeba jeszcze co najmniej trzech dekad badań i testów. Utrzymanie bieżącego tempa badań i inwestycji na ten temat, możliwe jest, że technika, za pomocą której ostatecznie staje się komercyjna, polega na ograniczaniu magnetycznym.
Jeżeli do połowy obecnego stulecia chcemy uzyskać energię z syntezy jądrowej, potrzebujemy naukowców, którzy dysponują niezbędnymi materiałami i zasobami do przeprowadzenia wszystkich odpowiednich badań. Jeśli tak nie jest, będziemy mieć tylko laboratoria pełne zabawnych naukowców bez postępu.