Innoverende projekte wat moderne supergeleiers gebruik, sal binnekort beheerde termonukleêre samesmelting moontlik maak, sê sommige optimiste. Kenners voorspel egter dat praktiese toepassing etlike dekades sal neem.
Hoekom is dit so moeilik?
Fusie-energie word beskou as 'n potensiële bron van energie vir die toekoms. Dit is die suiwer energie van die atoom. Maar wat is dit en hoekom is dit so moeilik om te bereik? Om mee te begin, moet ons die verskil tussen klassieke kernsplyting en termonukleêre samesmelting verstaan.
Die splyting van die atoom is wanneer radioaktiewe isotope - uraan of plutonium - gesplyt word en in ander hoogs radioaktiewe isotope verander word, wat dan begrawe of herwin moet word.
Die samesmeltingsreaksie bestaan uit die feit dat twee isotope van waterstof - deuterium en tritium - in 'n enkele geheel saamsmelt, wat nie-giftige helium en 'n enkele neutron vorm, sonder om radioaktiewe afval te produseer.
Beheerprobleem
Reaksies watvoorkom in die Son of in 'n waterstofbom - dit is termonukleêre samesmelting, en ingenieurs staar 'n uitdagende taak voor - hoe om hierdie proses by 'n kragsentrale te beheer?
Dit is iets waaraan wetenskaplikes sedert die 1960's gewerk het. Nog 'n eksperimentele samesmeltingsreaktor genaamd Wendelstein 7-X het in die Noord-Duitse stad Greifswald begin werk. Dit is nog nie ontwerp om 'n reaksie te skep nie - dit is net 'n spesiale ontwerp wat getoets word ('n sterrebeelder in plaas van 'n tokamak).
Hoë-energieplasma
Alle termonukleêre installasies het 'n gemeenskaplike kenmerk - 'n ringvormige vorm. Dit is gebaseer op die idee om kragtige elektromagnete te gebruik om 'n sterk elektromagnetiese veld te skep wat soos 'n torus gevorm is - 'n opgeblaasde fietsbuis.
Hierdie elektromagnetiese veld moet so dig wees dat wanneer dit in 'n mikrogolfoond tot een miljoen grade Celsius verhit word, 'n plasma in die middel van die ring moet verskyn. Dit word dan aangesteek sodat samesmelting kan begin.
Demonstrasie van moontlikhede
In Europa is twee sulke eksperimente tans aan die gang. Een daarvan is die Wendelstein 7-X, wat onlangs sy eerste heliumplasma gegenereer het. Die ander is ITER, 'n groot eksperimentele samesmeltingsfasiliteit in die suide van Frankryk wat nog in aanbou is en gereed sal wees om in 2023 in werking te tree.
Daar word aanvaar dat werklike kernreaksies by ITER sal plaasvind, maar slegs invir 'n kort tydperk en beslis nie langer as 60 minute nie. Hierdie reaktor is net een van vele stappe om kernfusie 'n werklikheid te maak.
Versmeltingsreaktor: kleiner en kragtiger
Onlangs het verskeie ontwerpers 'n nuwe reaktorontwerp aangekondig. Volgens 'n groep studente van die Massachusetts Institute of Technology, sowel as verteenwoordigers van die wapenmaatskappy Lockheed Martin, kan samesmelting uitgevoer word in fasiliteite wat baie kragtiger en kleiner as ITER is, en hulle is gereed om dit binne tien te doen. jaar.
Die idee van die nuwe ontwerp is om moderne hoë-temperatuur supergeleiers in elektromagnete te gebruik, wat hul eienskappe vertoon wanneer dit met vloeibare stikstof afgekoel word, eerder as konvensionele, wat vloeibare helium benodig. 'n Nuwe, meer buigsame tegnologie sal 'n volledige herontwerp van die reaktor moontlik maak.
Klaus Hesch, wat in beheer is van kernfusietegnologie by die Karlsruhe Instituut vir Tegnologie in Suidwes-Duitsland, is skepties. Dit ondersteun die gebruik van nuwe hoë-temperatuur supergeleiers vir nuwe reaktorontwerpe. Maar, volgens hom, is dit nie genoeg om iets op 'n rekenaar te ontwikkel, met inagneming van die wette van fisika nie. Dit is nodig om die uitdagings wat ontstaan wanneer 'n idee in die praktyk gebring word, in ag te neem.
wetenskapfiksie
Volgens Hesh wys die MIT-studentemodel net die moontlikheid van 'n projek. Maar dit is eintlik baie wetenskapfiksie. Projekdui daarop dat die ernstige tegniese probleme van samesmelting opgelos is. Maar moderne wetenskap het geen idee hoe om dit op te los nie.
Een so 'n probleem is die idee van opvoubare spoele. Elektromagnete kan uitmekaar gehaal word om binne die ring te kom wat die plasma in die MIT-ontwerpmodel hou.
Dit sal baie nuttig wees omdat mens toegang tot voorwerpe in die interne stelsel kan kry en dit kan vervang. Maar in werklikheid word supergeleiers van keramiekmateriaal gemaak. Honderde van hulle moet op 'n gesofistikeerde manier verweef word om die korrekte magneetveld te vorm. En hier is daar meer fundamentele probleme: die verbindings tussen hulle is nie so eenvoudig soos die verbindings van koperkabels nie. Niemand het nog eers aan konsepte gedink wat sal help om sulke probleme op te los nie.
Te warm
Hoë temperatuur is ook 'n probleem. By die kern van die samesmeltingsplasma sal die temperatuur ongeveer 150 miljoen grade Celsius bereik. Hierdie uiterste hitte bly in plek - reg in die middel van die geïoniseerde gas. Maar selfs rondom dit is dit steeds baie warm - van 500 tot 700 grade in die reaktorsone, wat die binneste laag van 'n metaalpyp is waarin die tritium wat nodig is vir kernfusie om plaas te vind, sal "reproduseer"
Die samesmeltingsreaktor het 'n selfs groter probleem - die sogenaamde kragvrystelling. Dit is die deel van die stelsel wat die gebruikte brandstof, hoofsaaklik helium, van die samesmeltingsproses ontvang. Eerstensdie metaalkomponente waarin die warm gas ingaan, word "afleiers" genoem. Dit kan tot meer as 2000°C verhit.
Divertor-probleem
Om te verseker dat die plant hierdie temperature kan weerstaan, probeer ingenieurs die metaalwolfram gebruik wat in outydse gloeilampe gebruik word. Die smeltpunt van wolfram is ongeveer 3000 grade. Maar daar is ook ander beperkings.
In ITER kan dit gedoen word, want die verhitting daarin vind nie konstant plaas nie. Daar word aanvaar dat die reaktor slegs 1-3% van die tyd sal werk. Maar dit is nie 'n opsie vir 'n kragsentrale wat 24/7 moet werk nie. En as iemand beweer dat hy in staat is om 'n kleiner reaktor met dieselfde krag as ITER te bou, is dit veilig om te sê dat hy nie 'n oplossing vir die herleidingsprobleem het nie.
Kragstasie oor 'n paar dekades
Wetenskaplikes is nietemin optimisties oor die ontwikkeling van termonukleêre reaktors, maar dit sal nie so vinnig wees as wat sommige entoesiaste voorspel nie.
ITER moet wys dat beheerde samesmelting eintlik meer energie kan produseer as wat aan die verhitting van die plasma bestee word. Die volgende stap is om 'n splinternuwe hibriede demonstrasiekragstasie te bou wat in werklikheid elektrisiteit opwek.
Ingenieurs werk reeds aan die ontwerp daarvan. Hulle sal moet leer uit ITER, wat geskeduleer is om in 2023 bekend te stel. In ag genome die tyd wat nodig is vir ontwerp, beplanning en konstruksie, blyk ditdit is onwaarskynlik dat die eerste samesmeltingskragsentrale veel vroeër as die middel van die 21ste eeu van stapel gestuur sal word.
Rossi Cold Fusion
In 2014 het 'n onafhanklike toets van die E-Cat-reaktor tot die gevolgtrekking gekom dat die toestel 'n gemiddeld van 2 800 watt kraglewering oor 'n tydperk van 32 dae met 'n verbruik van 900 watt gelewer het. Dit is meer as wat enige chemiese reaksie in staat is om te isoleer. Die resultaat spreek óf van 'n deurbraak in termonukleêre samesmelting, óf van volslae bedrog. Die verslag het skeptici teleurgestel, wat twyfel of die toets werklik onafhanklik was en moontlike vervalsing van die toetsresultate voorstel. Ander was besig om die "geheime bestanddele" uit te vind wat Rossi se samesmelting in staat stel om die tegnologie te herhaal.
Rossi is 'n swendelaar?
Andrea is imposant. Hy publiseer proklamasies aan die wêreld in unieke Engels in die kommentaarafdeling van sy webwerf, wat pretensieus die Journal of Nuclear Physics genoem word. Maar sy vorige mislukte pogings het 'n Italiaanse afval-tot-brandstof-projek en 'n termo-elektriese kragopwekker ingesluit. Petroldragon, 'n afval-tot-energie-projek, het deels misluk omdat die onwettige storting van afval beheer word deur Italiaanse georganiseerde misdaad, wat strafregtelike klagte daarteen aanhangig gemaak het vir die oortreding van afvalbestuursregulasies. Hy het ook 'n termo-elektriese toestel vir die US Army Corps of Engineers geskep, maar tydens toetsing het die gadget slegs 'n fraksie van die verklaarde krag opgelewer.
Baie vertrou Rossi nie, en die hoofredakteur van die New Energy Times het hom prontuit 'n misdadiger genoem met 'n string mislukte energieprojekte agter die rug.
Onafhanklike verifikasie
Rossi het 'n kontrak met die Amerikaanse maatskappy Industrial Heat onderteken om 'n jaarlange geheime toets van 'n 1-MW koue samesmeltingsaanleg uit te voer. Die toestel was 'n skeepsvraghouer gepak met dosyne E-Cats. Die eksperiment moes deur 'n derde party beheer word wat kon bevestig dat hitte-opwekking wel plaasvind. Rossi beweer dat hy 'n groot deel van die afgelope jaar feitlik in 'n houer gewoon het en meer as 16 uur per dag toesig gehou het oor bedrywighede om die kommersiële lewensvatbaarheid van die E-Cat te bewys.
Die toets het in Maart geëindig. Rossi se ondersteuners het gretig op die waarnemers se verslag gewag, met die hoop op 'n vryspraak vir hul held. Maar op die ou end het hulle 'n regsgeding gekry.
Litigasie
In 'n hofsaak in Florida beweer Rossi dat die toets suksesvol was en 'n onafhanklike arbiter het bevestig dat die E-Cat-reaktor ses keer meer energie produseer as wat dit verbruik. Hy het ook beweer dat Industrial Heat ingestem het om hom $100 miljoen - $11,5 miljoen vooraf te betaal ná die 24-uur-verhoor (oenskynlik vir lisensieregte sodat die maatskappy die tegnologie in die VSA kan verkoop) en nog $89 miljoen ná die suksesvolle voltooiing van die verlengde verhoor binne 350 dae. Rossi het IH daarvan beskuldig dat hy 'n "bedrieglike skema" bestuurdie doel daarvan was om sy intellektuele eiendom te steel. Hy het die maatskappy ook daarvan beskuldig dat hy E-Cat-reaktors wanaangewend het, innoverende tegnologieë en produkte, funksionaliteit en ontwerpe onwettig kopieer en 'n patent op sy intellektuele eiendom misbruik.
myn van goud
Elders beweer Rossi dat IH in een van sy betogings $50-60 miljoen van beleggers ontvang het en nog $200 miljoen van China ná 'n herhaling waarin top Chinese amptenare betrokke was. As dit waar is, is baie meer as honderd miljoen dollar op die spel. Industrial Heat het hierdie eise as ongegrond afgemaak en gaan homself aktief verdedig. Nog belangriker, sy beweer dat sy "vir meer as drie jaar gewerk het om die resultate te bevestig wat Rossi na bewering met sy E-Cat-tegnologie behaal het, sonder sukses."
IH glo nie in die E-Cat nie, en die New Energy Times sien geen rede om daaraan te twyfel nie. In Junie 2011 het 'n verteenwoordiger van die publikasie Italië besoek, 'n onderhoud met Rossi gevoer en 'n demonstrasie van sy E-Cat verfilm.’n Dag later het hy sy ernstige kommer oor die metode om termiese krag te meet, aangemeld. Ná 6 dae het die joernalis sy video op YouTube geplaas. Kenners van regoor die wêreld het vir hom ontledings gestuur wat in Julie gepubliseer is. Dit het duidelik geword dat dit 'n klug was.
Eksperimentele bevestiging
'n aantal navorsers - Alexander Parkhomov van die Peoples' Friendship University of Russia en die Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -daarin geslaag om die koue termonukleêre samesmelting van Rusland weer te gee. Die MFPM-verslag was getiteld "The End of the Carbon Era Is Near". Die rede vir sulke bewondering was die ontdekking van 'n uitbarsting van gammastraling, wat nie anders as deur 'n termonukleêre reaksie verklaar kan word nie. Volgens navorsers het Rossi presies wat hy sê.
'n Lewensvatbare oop resep vir koue samesmelting kan 'n energie-goudstormloop veroorsaak. Alternatiewe metodes kan gevind word om Rossi se patente te omseil en hom uit die multi-miljard dollar energie besigheid te hou.
So miskien sal Rossi verkies om hierdie bevestiging te vermy.
