+
Industrija

Najveći fuzijski reaktor na svijetu iskoristit će snagu sunca

Najveći fuzijski reaktor na svijetu iskoristit će snagu sunca

Najveći svjetski reaktor Tokamak [Izvor slike: ITER]

Ljudski razvoj i redovita svakodnevna funkcionalnost uvelike ovise o stalnoj dostupnosti električne energije. Gotovo svaki novi i stari dio tehnologije uvelike se oslanja na stalnu opskrbu energijom. Kao takvi, ljudi imaju ogromnu poreznu potražnju za više moći, moći koja se često akumulira na manje od poželjnih načina. Bilo da se radi o izgaranju fosilnih goriva ili hidroelektranama, svi trenutni generatori energije donekle oporezuju okoliš. Međutim, što ako biste mogli ukinuti sve štetne učinke trenutne proizvodnje električne energije generatorom koji može proizvesti milijun puta više energije od bilo koje kemijske reakcije - i iskoristiti ga za iskorištavanje gotovo neograničene snage?

Čini se kao inženjerska maštarija, međutim odgovor se nazire izravno iznad glave. Fuzijska energija, energija koja pokreće Sunce i svaku drugu zvijezdu na Comosu. To je fuzija dviju čestica, oslobađajući ogromnu količinu energije do u biti neograničenih krajeva. Vodonik, najrasprostranjeniji element na Zemlji i u svemiru, sastoji se od opskrbe gorivom. Iskorištavanje fuzijske energije pružilo bi gotovo neograničenu snagu bez emisije ugljika i bez štetnih nuspojava na okoliš.

Početkom 1900-ih, uglavnom je prepoznat kao potencijalno najučinkovitije sredstvo za stjecanje energije. Međutim, znanstvenici su bili nevjerojatno naivni, pretpostavljajući da će stvaranje i prikupljanje energije iz fuzijskih generatora biti jednostavno. 1930-ih su fizičari već provodili prve eksperimente u stvaranju fuzije. Međutim, tek je 1968. postignuta velika prekretnica u stvaranju dva od tri kritična stanja nužna za pokretanje postupka fuzije.

Prvi uređaj na svijetu Tokamak Rus T1 Tokamak na Institutu Kurčatov u Moskvi. Akumulirajući samo 0,4 kubična metra plazme, uređaj je 2000 puta manji od najvećeg svjetskog tokamaka koji je trenutno u razvoju, ITER [Izvor slike: ITER]

Uređaj korišten u eksperimentu proveden je s atokamak- u osnovi aparat u obliku krafne koji koristi jaka magnetska polja za zadržavanje plazme na temperaturi prelazeći ono od Sunce. Tokamak je postao bitna komponenta termonuklearnih istraživanja i do danas se koristi za daljnji razvoj proizvodnje održivog fuzijskog reaktora.

Tokamaci funkcioniraju pumpanjem plina u vakuumsku komoru. Zatim se struja pumpa kroz središte (rupu krafne). Plin akumulira veliki naboj i počinje se zagrijavati, ali je ograničen intenzivnim magnetskim poljima generiranim masivnim magnetskim zavojnicama koje okružuju uređaj.

Prepreke koje tek treba postići

Iako je tim osmislio metodu koja zadovoljava dva uvjeta u stvaranju fuzijskog reaktora, razvijanje funkcionalnog modela pokazalo se nevjerojatno teškim. Tek 1991. postignuto je prvo kontrolirano oslobađanje fuzijske snage. Generator je, međutim, zahtijevao višestruko više uložene energije od onoga što se proizvodilo, očito loše sredstvo i neisplativ način proizvodnje električne energije.

Fuzijska energija

Da bi se započela reakcija fuzije, moraju biti zadovoljena tri uvjeta - koji uključuju: nevjerojatno visoke temperature (za poticanje sudara visoke energije); odgovarajuća gustoća čestica plazme (kako bi se osigurala veća vjerojatnost da će doći do sudara); i dovoljnu količinu vremena u kojem treba zadržati plazmu (da zadrži plazmu, koja ima tendenciju širenja, u definiranom volumenu).

Tek kada su zadovoljene sve tri komponente, započet će postupak fuzije.

Potpuno suprotno fisionoj reakciji u kojoj se zahtijevaju i izbacuju visoko radioaktivni materijali, fuzija nadgleda čestice koje se međusobno spajaju u kojima se oslobađaju ogromne količine energije u obliku topline, a samo treba vodik kao gorivo i gotovo ne proizvodi radioaktivni otpad

Reaktori će upotrijebiti dva radioaktivna izotopa vodika, deuterij i tritij, kako bi se stopili i stvorili helij dok se izbaci jedan visoko energizirani neutron koji se zatim ubrzava da pokrene sljedeću reakciju. Ovom metodom može se stvoriti mehanizam petlje za pokretanje samoodrživog uređaja.

Proces fuzije [Izvor slike: Wikipedija]

Najveće pitanje u stvaranju održivog fuzijskog reaktora je razvoj uređaja koji će moći održavati neizmjeran tlak i temperature plazme koja se približava 100 milijuna stupnjeva - 6 puta vruće od jezgre Zemlje. Dok su znanstvenici postigli temperature s tokamakom koji prelazi nešto ispod 50 milijuna Celzijevih stupnjeva, eksperiment je trajao samo 102 sekundeprije nego što se plazma srušila natrag u svoj stabilni oblik. Do sada je stvaranje održivih uvjeta za stvaranje i održavanje funkcionalne fuzijske reakcije ostalo potpuno nedostižno.

Da bi postigli proizvodnju električne energije, fuzijski znanstvenici moraju ispuniti točku prijeloma energije plazme - točku u kojoj plazme unutar fuzijskog uređaja izbacuju s najmanje jednaku količinu energije koja se koristi za pokretanje procesa. Od danas trenutak tek treba postići. Međutim, struja koja se bilježi za oslobađanje energije bila je u stanju generirati70 postoulazne snage. Rekord i dalje drži JET.

Sada, međutim, nakon skoro 60 godina istraživanja i razvoja fuzijske energije, inženjeri i znanstvenici pripremaju završne faze najvećeg svjetskog reaktora tokamak kako bi pokrenuli i održali prvi generator nuklearne fisije s pozitivnim učinkom energije. Projekt je međunarodna suradnja s ciljem stvaranja eksperimentalnog fuzijskog reaktora za kojeg se kaže da je samoodrživ - u biti iskorištava snagu male zvijezde. Projekt, koji se smatra ITER, trenutno je u tijeku.

Što je ITER

ITER (Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor) međunarodna je suradnja država u nastojanju da stvore prvi samoodrživi termonuklearni reaktor na svijetu koji premašuje granicu loma. Generator se trenutno razvija i obećava revoluciju u proizvodnji električne energije u 21. stoljeću. Ako funkcionira kako je planirano, generirat će 500 MW izlazne snage, dok će potrošiti samo 50 MW ulaza, prepisujući novo poglavlje u povijesti kao generaciju koja je ubrala snagu zvijezda.

Rastezanje na udaljenosti od 42 hektara, postrojenje će zaposliti preko 5,000 ljudi u vršnim satima gradnje. To će biti najveći reaktor tokamaka ikad izgrađen, mjeri 8 puta veći volumen od sljedećeg najvećeg tokamaka.

Kako radi?

Monstruozni aparat bit će najveći tokamak na svijetu, s radijusom plazme (R) od 6,2 m i volumenom plazme od 840 m³. U srcu reaktora ostaju masivne magnetske zavojnice omotane oko tokamaka, bitna komponenta u ograničavanju temperatura koje će se približiti150 milijuna stupnjeva C. Kao i svi drugi tokamaci, i masivna će posuda puniti plinovito gorivo koje sadrže ogromna magnetska polja. Korištenje izvanrednih količina električne energije prisilit će plin da se razbije i postane ioniziran dok se elektroni oduzimaju od jezgri. Tada će se formirati plazma.

Čestice plazme nastavit će se energizirati kad se nastave sudarati u sve većim intervalima i intenzitetu. Pomoćni postupci zagrijavanja povisit će temperaturu plazme sve dok se temperature fuzije ne postignu na 150 do 300 milijuna ° C. Čestice s visokom energijom moći će prevladati prirodnu elektromagnetsku odbojnost, omogućujući česticama da se sudare i osigurač, oslobađajući neizmjerne količine energije.

Što će učiniti?

Prva prekretnica bit će stvaranje funkcionalnog, samoodrživog termonuklearnog reaktora, prvog na svijetu. Osim početnog razvoja, ITER je postavio nekoliko ciljeva.
1) Proizvedite 500 MW fuzijske snage za impulse od 400 s
ITER je usmjerio pogled na proizvodnju snage 500 MW, što je 10 puta više u odnosu na uloženu snagu. Cilj je tada održati plazmu najmanje 400 sekundi.

2) Demonstrirati integrirani rad tehnologija za fuzijsku elektranu
ITER se obvezuje premostiti jaz između eksperimentalnih fuzijskih uređaja i funkcionalnog generatora, demonstrirajući mogućnosti fuzijskih elektrana u budućnosti. Pomoću masivnog uređaja znanstvenici će i dalje moći proučavati plazmu pod sličnim uvjetima za koje se očekuje da će se naći u budućim fuzijskim elektranama.

3) Dostići plazmu deuterij-tritij u kojoj se reakcija održava unutarnjim zagrijavanjem
U idealnom slučaju, kada se uređaj uključi, znanstvenici su sigurni da će stroj ostati samoodrživ, a jedini se uloženi izvor energije koristi za napajanje masivnih elektromagneta.

4) Test uzgoj tricija
Tritij, radioaktivni izotop vodika, mogao bi biti kritična komponenta u razvoju budućih elektrana. Međutim, s smanjenom opskrbom koja je ionako kratko potražnja, prvi će generatori morati pokazati mogućnost izvođenja tricija kako bi održali ostale reaktore.

5) Pokažite sigurnosne karakteristike fuzijskog uređaja
2012. godine ITER je dobio dozvolu za nuklearnog operatora u Francuskoj i postao prvi na svijetu koji je prošao obiman broj pregleda koji se odnose na njegovu sigurnost. Jedan od primarnih ciljeva ITER-a je pokazati plazmu i reakcije fuzije stvorit će zanemarive posljedice na okoliš.

Budućnost / je fuzije

Kako ljudi napreduju u 21. stoljeću, naglasak se stavlja na stvaranje održivih, ekološki prihvatljivih. Uspješnim ispitivanjima termonuklearnih reaktora koji čine sve uobičajenije prekretnice u stvaranju fuzije, postaje očito da će se uskoro jednog dana svijet moći oslanjati na snagu zvijezda, osim ovog puta, i to sami. Napredak i razvoj takvih reaktora i dalje obećavaju. Samo je pitanje vremena kada će se razviti velika integracija funkcionalnih objekata. Bez šanse za nuklearno topljenje, gotovo bez radioaktivnog otpada i praktički neograničene opskrbe energijom pruža budućnost u nadi u kojoj će ljudi značajno smanjiti otisak trenutno utisnut na Zemlju.

VIDI TAKOĐE: MIT čini značajan proboj u nuklearnoj fuziji

Napisao Maverick Baker


Gledaj video: Kako Su Istrebljeni Dinosaurusi? (Siječanj 2021).