Conecteaza-te cu noi

Energie

Ce este fuziunea nucleară – și când o vom valorifica?

Published

pe

Fuziunea nucleară revine la știri. Săptămâna aceasta, Departamentul de Energie al SUA a anunțat ceea ce a numit „dezvoltare științifică majoră” în cercetarea energiei de fuziune: pentru prima dată, un experiment de fuziune a produs mai multă energie decât energia utilizată pentru a declanșa reacția. Nu este prima dată când auzim despre progresul fuziunii. Au existat zeci de ani de titluri care promovau descoperiri mari și mici, de obicei sugerând că suntem mai aproape ca niciodată de a genera toată energia curată de care vom avea nevoie vreodată din fuziunea nucleară.

Este mult de acceptat, așa că NewIT a creat acest ghid pentru puterea de fuziune cu ajutorul unor experți. Mai jos, am rezumat visele oamenilor de știință pentru fuziune, precum și realitățile dure cu care se confruntă tehnologia pentru a aduce puterea fuziunii de la ambiția științifică la realitatea comercială.

Ce este fuziunea nucleară?

Fuziunea nucleară a fost un vis energetic evaziv pentru cea mai mare parte a secolului. În teorie, sună cam simplu. Stelele, inclusiv Soarele nostru, își creează propria energie printr-un proces numit fuziune, care este atunci când atomii se topesc împreună la temperaturi și presiuni ridicate pentru a crea un atom mai greu. De obicei, aceasta implică combinarea atomilor de hidrogen pentru a forma heliu. Reacția eliberează o tonă de energie, motiv pentru care oamenii de știință de pe Pământ doresc să o reproducă într-un mod controlat. (Au reușit să o facă într-un mod necontrolat înainte. Se numește bombă cu hidrogen.)

Cum este fuziunea nucleară diferită de fisiunea nucleară?

Centralele nucleare pe care le avem astăzi generează electricitate prin fisiune, care este oarecum opusul fuziunii. Fisiunea eliberează energie prin despărțirea atomilor, mai degrabă decât prin fuzionarea lor.

Care sunt avantajele fuziunii nucleare?

În teorie, odată ce oamenii își dau seama cum să facă fuziunea nucleară să aibă loc într-un mod controlat, posibilitățile sunt nesfârșite. Hidrogenul este cel mai simplu și mai abundent element din univers. Îl poți obține din apa de mare, de exemplu. Și dacă o faci, un singur galon de apă de mare poate genera la fel de multă energie ca 300 de galoane de benzină, potrivit Departamentului de Energie.

Reactoarele nucleare de astăzi au o mare mizerie de curățat, datorită fisiunii. Prin scindarea atomilor grei, fisiunea lasă în urmă deșeuri radioactive. Ce să faci cu acele deșeuri nucleare pentru milioanele de ani care urmează este un coșmar ecologic pe care SUA încă nu și-au dat seama.

Citeste si  Astronomii cer un nou telescop spațial masiv pentru a găsi următorul Pământ

Fusion nu are aceste probleme. Cu fuziunea, construiești noi atomi – de obicei heliu, ca în lucrurile care se află în baloane. Nu generează emisii de gaze cu efect de seră. În plus, aceasta este o sursă de energie potențial nelimitată, care nu se bazează pe vreme, ceea ce este încă o provocare cu sursele regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană.

De ce nu am reușit să facem aprinderea?

Ei bine, se pare că este foarte greu să recreezi o stea într-un laborator. Pentru a declanșa fuziunea, aveți nevoie de cantități uriașe de presiune și căldură. Mediul din inima Soarelui asigură în mod natural presiunea extremă necesară pentru ca fuziunea să aibă loc. Aici, pe Pământ, oamenii de știință nu au acest tip de presiune și trebuie să atingă temperaturi chiar mai fierbinți decât Soarele pentru a obține aceeași reacție. Din punct de vedere istoric, aceasta a consumat mai multă energie decât au fost capabili să genereze oamenii de știință prin fuziune într-un laborator.

Acest lucru necesită, de asemenea, sume extraordinare de bani și tehnologie înalt specializată. Având toate acestea în minte, este uimitor că am reușit să facem vreun progres științific. Îl comercializezi de fapt? Acesta are un alt munte de probleme despre care vom vorbi în scurt timp.

Ce este această nouă „recunoaștere a fuziunii nucleare” despre care vorbesc toată lumea?

Luni, 5 decembrie, la 1:03 AM, cercetătorii de la Lawrence Livermore National Lab au realizat „aprinderea prin fuziune” pentru prima dată pe Pământ.

Pur și simplu, „Au împușcat o grămadă de lasere într-o pelită de combustibil și a fost eliberată mai multă energie din aprinderea prin fuziune decât energia laserelor care intră”, a declarat directorul Biroului pentru Politică Știință și Tehnologie a Casei Albe, Arati Prabhakar, într-o presă. conferinta de anuntare a realizarii din 13 decembrie.

Camera țintă a Facilității Naționale de Aprindere a LLNL, unde 192 de fascicule laser au livrat peste 2 milioane de jouli de energie ultravioletă unui mic pelet de combustibil pentru a crea aprinderea prin fuziune pe 5 decembrie 2022. Imagine: Laboratorul Național Lawrence Livermore

Mai exact, experimentul a produs 3,15 megajouli de energie în comparație cu cei 2,05 megajouli pe care laserele au folosit pentru a declanșa reacția de fuziune. Adică un câștig de energie de aproximativ 1,5. Este modest, dar obținerea unui câștig net de energie a fost totuși o premieră importantă pentru cercetarea fuziunii.

Cum au făcut asta?

Cercetătorii au folosit cel mai mare și cel mai mare sistem laser din lume, numit National Ignition Facility (NIF). NIF este la fel de mare cât trei terenuri de fotbal, capabil să tragă 192 de raze laser puternice către o singură țintă. Pentru a ajunge la aprinderea prin fuziune, energia din acele 192 de fascicule laser stoarce combustibil într-o capsulă de diamant aproximativ de dimensiunea unui boabe de piper și de 100 de ori mai netedă decât o oglindă. Capsula conține izotopi de hidrogen, dintre care unii „fuzionați” împreună pentru a genera energie. În total, aproximativ 4% din acest combustibil a fost transformat în energie.

Citeste si  Membrii Forței Spațiale SUA vor fi acum numiți „Gardieni”

Laserele sunt îngrijite. Spune-mi și mie mai multe despre diamante.

„Capsula de combustibil este o carcasă BB de dimensiunea punctului, făcută din diamant, care trebuie să fie cât mai perfectă posibil”, a declarat Michael Stadermann, managerul programului de fabricație țintă la Lawrence Livermore National Laboratory, în cadrul conferinței de presă din 13 decembrie. „După cum vă puteți imagina, perfecțiunea este foarte grea și, prin urmare, încă nu am ajuns acolo – avem încă mici defecte pe cojile noastre, mai mici decât bacteriile.”

Simetria joacă un rol imens în obținerea aprinderii atunci când vine vorba atât de țintă, cât și de implozie. Laserele trebuie aliniate corect, iar când vine vorba de țintă, trebuie să mențineți o simetrie aproape perfectă în timp ce vă aruncați ținta cu presiune și căldură intense. Este ca și cum ai comprima o minge de baschet până la dimensiunea unui bob de mazăre, spun experții, totul păstrând o formă sferică perfectă. Dacă devii de la acea formă, irosești prea multă energie cinetică și nu te vei aprinde.

Asta înseamnă că acum vom avea putere de fuziune nucleară?

Nici pe departe. În timp ce laboratorul a obținut „aprindere”, și-au bazat realizarea pe o definiție limitată a „câștigului net de energie”, concentrată doar pe puterea laserului. În timp ce laserele au tras 2,05 megajouli de energie către ținta lor, făcând acest lucru au consumat 300 de megajouli din rețea. Ținând cont de asta, a fost încă o mulțime de energie pierdută în acest experiment.

Pentru a avea în cele din urmă o centrală de fuziune, aveți nevoie de un câștig mult mai mare decât un câștig net de energie de 1,5. În schimb, veți avea nevoie de un câștig de la 50 la 100.

Deci, unde mergem de aici?

Citeste si  SpaceX lansează prima sa misiune cu echipaj privat în spațiu

E mult de lucru. Cercetătorii încearcă în mod constant să creeze ținte și mai precise, urmărind acea sferă perfect simetrică. Acest lucru necesită un lucru incredibil de intens. Atât de mult încât o singură țintă cu granule ar putea costa aproximativ 100.000 de dolari astăzi, potrivit fizicianului teoretician de la Universitatea din Chicago, Robert Rosner. Rosner a mai făcut parte din Comitetul consultativ extern al NIF. Acest cost pe pelet trebuie să scadă la câțiva bănuți dacă fuziunea nucleară va deveni comercială, spune Rosner, deoarece un reactor de fuziune ar putea avea nevoie de un milion de pelete pe zi.

Și dacă doriți să ajungeți din nou la aprindere folosind lasere, veți avea nevoie de o configurare mai eficientă și care poate funcționa mult mai rapid. NIF, pe cât de puternic este, se bazează pe tehnologia laser din anii 1980. Astăzi există lasere mai avansate, dar Instalația Națională de Aprindere este un uriaș – construcția sa a început în 1997 și nu a fost operațională până în 2009. Astăzi, NIF își poate trage laserul o dată la patru până la opt ore. O viitoare centrală electrică de fuziune ar trebui să tragă de 10 ori pe secundă, potrivit fizicianului de plasmă de la Lawrence Livermore National Laboratory, Tammy Ma.

„Aceasta este o capsulă de aprindere, o singură dată. Pentru a realiza energia comercială de fuziune, trebuie să faci multe lucruri; trebuie să fii capabil să produci multe, multe evenimente de aprindere prin fuziune pe minut”, a declarat Kim Budil, directorul Laboratorului Național Lawrence Livermore, la conferința de presă. „Există obstacole foarte importante, nu doar în știință, ci și în tehnologie.”

Aceasta va rezolva schimbările climatice?

Indiferent de cât timp va dura, nu ne putem permite să așteptăm un deceniu sau mai mult pentru ca energia de fuziune să curețe poluarea din sistemul nostru energetic. Pentru a împiedica încălzirea globală să ajungă la un punct în care omenirea ar avea dificultăți să se adapteze, cercetările arată că lumea trebuie să reducă emisiile de gaze cu efect de seră până la zero net până în jurul anului 2050. Până în 2030, emisiile de dioxid de carbon provenite de la combustibilii fosili trebuie reduse aproximativ. jumătate. Acesta este un progres mult mai rapid în lumea reală decât a reușit vreodată să realizeze cercetarea fuziunii.

Alin Tripon Fondator NewIT.ro, pasionat de tehnologie, maşini, divertisment, ştiinţa şi jocuri video, am creat acest portal de ştiri it, tutoriale, ghiduri şi alte informații utile. Pasionat de lumea digitală și cultura tech, în timpul liber îmi îmbogățesc cunoștințele ce țin de marketing digital, în special SEO.

Click pentru a comenta

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Trending