Füzyon Enerjisi İçin Bir Geçiş Zamanı ve Potansiyel

Füzyon Enerjisi İçin Bir Geçiş Zamanı ve Potansiyel

Yüzyıllar boyunca insanlar hayal kuruyor güneşin gücünü kullanarak Dünyadaki hayatlarımızı enerjilendirmek için. Fakat güneş enerjisi toplamanın ötesine geçmek istiyoruz ve bir gün kendimizi mini güneşten üretiyoruz. Son derece karmaşık bir dizi bilimsel ve mühendislik problemini çözebilirsek, füzyon enerjisi bir yeşil, güvenli, sınırsız enerji kaynağı. Sadece günde bir kilogram döteryum sudan çıkarılır yüz binlerce eve güç sağlamak için yeterli elektrik gelebilir.

1950’lerden bu yana, bilimsel ve mühendislik araştırmaları büyük ilerleme kaydedildi hidrojen atomlarını kendi kendine devam eden bir reaksiyonda birbirine karışmaya zorlama yönünde - ve küçük ama gösterilebilir miktar füzyon enerjisinin Şüpheci ve yandaşları benzer Kalan en önemli iki zorluğa dikkat edin: reaksiyonları uzun süre boyunca sürdürmek ve elektrik için füzyon gücünü kullanmak için maddi bir yapı oluşturmak.

Füzyon araştırmacıları olarak Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarıgerçekçi bir şekilde, ilk ticari füzyon santralinin hala en az 25 yıl uzakta olduğunu biliyoruz. Ancak, büyüklükteki faydalarının bu yüzyılın ikinci yarısına ulaşma potansiyeli çalışmaya devam etmemiz gerektiği anlamına geliyor. Füzyonun fizibilitesinin ana gösterimleri daha önce gerçekleştirilebilir - ve füzyon gücü, enerji geleceğimiz için planlamaya dahil edilebilir.

Güneş, doğal gaz ve nükleer fisyon gibi diğer elektriksel üretim biçimlerinin aksine, füzyon minyatürde geliştirilemez ve daha sonra basitçe ölçeklendirilebilir. Deneysel adımlar büyüktür ve yapımı zaman alır. Ancak bol, temiz enerji sorunu bir insanlık için büyük çağrı gelecek yüzyıl ve ötesi için. Bu en umut verici enerji kaynaklarından tam olarak yararlanmamak aptallık olur.

Neden füzyon gücü?

Füzyonda, hidrojen atomunun iki çekirdeği (döteryum ve trityum izotopları) birlikte sigorta. Bunu yapmak nispeten zordur: Her iki çekirdek de pozitif olarak yüklenmiştir ve bu nedenle birbirlerini iterler. Sadece çarpıştığında aşırı hızlı hareket ediyorlarsa, birlikte parçalanırlar, sigortalanırlar ve böylece takip ettiğimiz enerjiyi serbest bırakırlar.

Bu güneşte doğal olarak olur. Burada Dünya'da, elektriksel olarak yüklü döteryum ve trityum çekirdek ve elektronların aşırı sıcak bir gazını içermek için güçlü mıknatıslar kullanıyoruz. Bu sıcak, yüklü gaza bir plazma denir.

Plazma çok sıcak - 100 milyon santigrat dereceden fazla - pozitif yüklü çekirdekler elektriksel itme ve sigortalarının üstesinden gelebilecek kadar hızlı hareket ediyorlar. Çekirdekler birleştiğinde, iki enerjik parçacık oluştururlar - bir alfa parçacık (helyum atomunun çekirdeği) ve bir nötron.

Plazmanın bu kadar yüksek bir sıcaklığa ısıtılması büyük miktarda enerji alır - füzyon başlamadan önce reaktöre konması gerekir. Ancak füzyon başladıktan sonra, kendi ısısını korumak için yeterli enerji üretme potansiyeline sahiptir ve kullanılabilir elektriğe dönüşmek için fazla ısı çekmemize izin verir.

Füzyon gücü için yakıt, doğada bol miktarda bulunur. Döteryum suda bol miktarda bulunur ve reaktör kendisi yapabilir lityumdan tritium yapmak. Ve çoğunlukla yerel doğal kaynaklardan bağımsız olarak, tüm uluslara açıktır.

Füzyon gücü temiz. Sera gazı yaymaz ve sadece helyum ve bir nötron üretir.

Güvenli. Var Kaçak reaksiyon için olasılık yokBir nükleer fisyon “erimesi” gibi. Aksi takdirde, herhangi bir arıza olursa, plazma soğur ve füzyon reaksiyonları durur.

Tüm bu özellikler on yıllardır araştırmayı motive etmiş ve zaman içinde daha da cazip hale gelmiştir. Ancak pozitifler, önemli bilimsel füzyon mücadelesiyle eşleşiyor.

Bugüne kadar ilerleme

Füzyondaki ilerleme iki yolla ölçülebilir. Birincisi, yüksek sıcaklıktaki plazmanın temel anlayışındaki büyük ilerlemedir. Bilim adamları yeni bir fizik alanı geliştirmek zorunda kaldılar - plazma fiziği - Plazmayı güçlü manyetik alanlarda sınırlandırmak için yöntemler tasarlama ve daha sonra süper-sıcak plazmanın özelliklerini ısılandırma, stabilize etme, türbülansı kontrol etme ve ölçme yeteneklerini geliştirmek.

İlgili teknoloji de muazzam bir gelişme gösterdi. Sahibiz Sınırları mıknatıslarla ittive elektromanyetik dalga kaynakları ve parçacık kirişlerine Plazmayı içerir ve ısıtır. Ayrıca teknikleri geliştirdik. malzemeler yoğun ısıya dayanabilir Mevcut deneylerde plazmanın.

Füzyonun yürüyüşünü ticarileştirmeye takip eden pratik ölçümleri iletmek kolaydır. Bunların başında şef, laboratuvarda üretilen füzyon gücüdür: 1970'lardaki mikrosaniyeler için miliwatttan, 10'teki XNUMX megawatt'lık (Princeton Plazma Fiziği Laboratuarında) megawatt'ına çıkan füzyon gücü üretimi ve 16 bir saniye megawatt (İngiltere'deki Avrupa Ortak Torus'unda) 1990'lerde.

Araştırmada yeni bir bölüm

Şimdi uluslararası bilim topluluğu, Fransa'da büyük bir füzyon araştırma tesisi inşa etmek için birlik içinde çalışıyor. denilen ITER (“Yol” için Latince), bu tesis bir seferde yaklaşık sekiz dakika boyunca yaklaşık 500 termal füzyon gücü megawatt üretir. Bu güç elektriğe dönüştürülmüş olsaydı, 150,000 evleri için güç sağlayabilirdi. Bir deney olarak, sürekli çalışacak olan füzyon santrallerinin hazırlanmasında kilit bilim ve mühendislik konularını test etmemize olanak sağlayacaktır.

ITER, “bilinen” tasarımını kullanıyor.tokamak, ”Aslen bir Rus kısaltması. Kısmen plazmanın kendisinde akan elektrik akımı tarafından oluşturulan, çok güçlü bir manyetik alanda tutturulmuş, donut şeklindeki bir plazmayı içerir.

Her ne kadar bir araştırma projesi olarak tasarlanmış ve net bir elektrik enerjisi üreticisi olarak tasarlanmamış olsa da, ITER, plazmayı ısıtmak için gereken 10 megawattlardan 50 kat daha fazla füzyon enerjisi üretecektir. Bu, ilkini yaratan büyük bir bilimsel adımdır “yanan plazmaPlazmayı ısıtmak için kullanılan enerjinin çoğunun füzyon reaksiyonunun kendisinden geldiği ”.

ITER tarafından desteklenmektedir dünya nüfusunun yarısını temsil eden hükümetler: Çin, Avrupa Birliği, Hindistan, Japonya, Rusya, Güney Kore ve ABD Füzyon enerjisine ihtiyaç ve vaat etme ile ilgili güçlü bir uluslararası ifadedir.

İleri giden yol

Buradan, füzyon gücüne doğru kalan yol iki bileşene sahiptir. İlk önce tokamakla ilgili araştırmalara devam etmeliyiz. Bu, fiziği ve mühendisliği ilerletmek anlamına gelir, böylece plazmayı bir ay boyunca sabit bir durumda tutabiliriz. Uzun süre güneşin yüzeyindeki ısı akışının beşte birine eşit miktarda ısıya dayanabilecek malzemeler geliştirmemiz gerekecek. Ayrıca, nötronları emmek ve trityum üremek için reaktör çekirdeğini örten malzemeler geliştirmeliyiz.

Füzyon yolundaki ikinci bileşen, füzyonun çekiciliğini artıran fikirler geliştirmektir. Bu tür dört fikir:

1) Bilgisayarları kullanarak, füzyon reaktör tasarımlarını fizik ve mühendislik kısıtlamaları dahilinde optimize edin. İnsanların hesaplayabileceklerinin ötesinde, bu optimize edilmiş tasarımlar üretiyor bükülmüş halka şekilleri Bu oldukça kararlı ve aylarca otomatik olarak çalışabilir. Füzyon işinde “yıldız” olarak adlandırılırlar.

2) Daha güçlü ve daha küçük olabilen yeni yüksek sıcaklık süper iletken mıknatıslar geliştirmek bugünün en iyisi. Bu, daha küçük ve muhtemelen daha ucuz füzyon reaktörleri inşa etmemizi sağlayacaktır.

3) Plazmayı saran malzeme olarak katı madde yerine sıvı metal kullanılması. Sıvı metaller kopmazmuazzam zorluklara, çevreleyen bir malzemenin plazmaya temas ettiğinde nasıl davranabileceğine dair olası bir çözüm sunmak.

4) Halka şeklinde plazmalar içeren bina sistemleri merkezinde delik yok, oluşturan plazma neredeyse küre şeklinde. Bu yaklaşımların bazıları daha zayıf bir manyetik alanla da çalışabilir. Bunlar "kompakt tori”Ve“ alçak saha ”yaklaşımları aynı zamanda büyüklüğü ve maliyeti azaltma imkanı da sunar.

Devlet destekli araştırma programları Dünyanın dört bir yanında, her iki bileşenin unsurları üzerinde çalışılmaktadır - ve füzyon enerjisine (kozmos ve endüstrideki plazmaları anlamamızın yanı sıra) tüm yaklaşımlara fayda sağlayan bulgular ile sonuçlanacaktır. Geçmiş 10 - 15 yıllarında, Özel sermayeli şirketler de bu çabaya katıldı., özellikle kompakt tori ve alçak saha buluşları arayışı içinde. İlerleme geliyor ve bol, temiz, güvenli enerji getirecek.

Konuşma

Yazar hakkında

Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı eski direktörü Astrofizik Bilim Profesörü Stewart Prager, Princeton Üniversitesi ve Princeton Plasma Fizik Laboratuvarı Araştırma Direktör Yardımcısı Michael C. Zarnstorff, Princeton Üniversitesi

Bu yazı orijinalinde Konuşma. Okumak Orijinal makale.

[Editörün Notu: İşte bir uyarıcı mesaj füzyon enerjisi ile ilgili.]

İlgili Kitaplar:

{amazonWS: searchindex = Kitaplar; anahtar kelimeler = füzyon enerjisi; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

InnerSelf'i takip et

facebook-icontwitter-ikonrss-ikon

E-posta ile son alın

{Emailcloak = off}