Kolekcje

Energia syntezy jądrowej w XXI wieku

Energia syntezy jądrowej w XXI wieku


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jednym ze sposobów generowania olbrzymich ilości energii są reakcje jądrowe. Elektrownie jądrowe wykorzystują reakcję jądrową do podgrzewania wody w parę, która z kolei wiruje turbiny wytwarzające energię elektryczną.

Stany Zjednoczone wytwarzają więcej energii jądrowej niż jakikolwiek inny kraj na świecie, a prawie 20% całkowitego zapotrzebowania na energię w USA pokrywa energia jądrowa.

POWIĄZANE: GOOGLE OPRACOWUJE NOWY ALGORYTM, ABY PRZYSPIESZYĆ BADANIA FUZJI JĄDROWEJ

Istnieją dwa rodzaje reakcji jądrowych, dzięki którym możemy generować energię - rozszczepienie jądrowe i fuzja jądrowa.

Wielu uważa, że ​​zarówno rozszczepienie jądrowe, jak i fuzja jądrowa są wykorzystywane w elektrowniach jądrowych do wytwarzania energii. Jednak wykorzystujemy rozszczepienie jądrowe tylko wtedy, gdy wiemy, że fuzja jądrowa jest znacznie lepszą alternatywą pod względem dostępności paliwa i produkcji energii.

Dlaczego więc jesteśmy uzależnieni od bardziej niebezpiecznej opcji rozszczepienia jądrowego? Podyskutujmy.

Zanim przejdziemy do specyfiki rozszczepienia i fuzji, musisz zrozumieć różnicę między nimi.

Rozszczepienia jądrowego: Proces wytwarzania ciepła poprzez rozszczepianie ciężkich atomów. Rozszczepienie atomów osiąga się przez uderzenie w ciężki atom cząstkami o dużej prędkości, zwykle neutronami.

Fuzja nuklearna: Proces wytwarzania ciepła przez połączenie dwóch lekkich atomów w celu utworzenia cięższego atomu.

Generatory jądrowe, które mamy dzisiaj, wykorzystują rozszczepienie jądrowe do wytwarzania ciepła. Rdzenie reaktora rozszczepienia jądrowego są wykonane z ceramicznych granulek tlenku uranu.

Atomy uranu są następnie rozszczepiane poprzez bombardowanie ich neutronami. Rozszczepienie powoduje olbrzymią ilość ciepła, uwalniając w tym procesie więcej neutronów.

Te nowe neutrony uderzają następnie w inne atomy uranu, co powoduje generowanie większej ilości ciepła i neutronów. Nazywa się to reakcją łańcuchową i kontrolujemy szybkość reakcji za pomocą moderatorów, takich jak grafit lub woda.

Cyrkuluje chłodziwo, które pochłania ciepło i zapobiega przegrzaniu reaktora. Jest to ciepło, które zamienia chłodziwo (wodę) w parę, a następnie w użyteczną energię.

Wydajność cieplna jest bardzo duża w przypadku granulek uranu, których używamy w reaktorach jądrowych, co czyni reaktor w pewnym sensie ekonomicznym. Zaledwie 20 gramów paliwa uranowego może wytworzyć tyle energii, co 400 kilogramów węgla.

Zaledwie osiem kulek uranu może zasilać dom przez rok.

Kiedy porównujemy energię jądrową z innymi formami paliw kopalnych pod względem wytwarzania ciepła, energia jądrowa okazuje się znacznie czystsza, ponieważ nie wytwarza się CO2.

Nawet jeśli wykorzystujemy rozszczepienie jądrowe do naszej energii, w rzeczywistości jest ono bardziej zanieczyszczające i niebezpieczne w użyciu w porównaniu z syntezą jądrową. Nasze słońce płonie jasno i gorąco dzięki energii wytwarzanej w wyniku syntezy jądrowej.

Teoretycznie fuzja jądrowa może być napędzana przez zjednoczenie dwóch lekkich atomów i mamy doskonałych kandydatów do tego procesu, takich jak tryt i deuter. Zaletą stosowania fuzji jądrowej jest to, że w przeciwieństwie do uranu mamy obfitość trytu i deuteru, ponieważ są one izotopami wodoru.

Powstałe odpady jądrowe są mniej radioaktywne niż otrzymujemy w wyniku rozszczepienia jądrowego. Nie ma również możliwości wystąpienia jakiegokolwiek stopienia, co sprawia, że ​​fuzja jądrowa jest znacznie bezpieczniejsza w porównaniu z rozszczepieniem.

Skoro synteza jądrowa wykazuje wielki potencjał niż rozszczepienie, dlaczego jej nie używamy? Odpowiedź brzmi, że odtworzenie warunków ułatwiających syntezę jądrową jest trudne.

Omówiliśmy, że słońce działa na syntezę jądrową, a to dlatego, że temperatura i ciśnienie w jego jądrze są znacznie większe niż to, co możemy odtworzyć w reaktorach jądrowych. Gdybyśmy mieli powtórzyć takie ustawienia, musielibyśmy podnieść temperaturę reaktora do 6-krotności temperatury w jądrze Słońca, co odpowiada około 100 milionom stopni Celsjusza.

Słońce może ułatwiać fuzję w temperaturze zaledwie 15 milionów stopni Celsjusza ze względu na wysokie ciśnienie utrzymywane w jego jądrze.

Ogromne zapotrzebowanie na energię wynika z faktu, że fuzja jądrowa łączy dwa dodatnie atomy w celu ich stopienia. Ponieważ podobne ładunki odpychają się, musimy dać atomom ogromne ilości energii.

Jednak naukowcy próbowali złamać kod ułatwiający reakcję termojądrową na Ziemi.

Próba stworzenia takiego ustawienia była po raz pierwszy możliwa dzięki urządzeniu zwanemu Tokamak. Jest to komora w kształcie pączka, która wykorzystuje energię elektryczną do ładowania gazu w rurze.

Kiedy gaz dostaje duże ilości ładunku, zmienia stan na plazmę.

Ponieważ komora znajduje się w stanie próżni, zanim gaz zostanie wpompowany, naukowcy są w stanie naśladować wysokie ciśnienie i jeszcze bardziej podnosić temperaturę, aby podtrzymać reakcję fuzji. Jednak aby reakcja przebiegała dalej, potrzebujemy tony energii elektrycznej i komory, która może utrzymać plazmę przez pewien czas bez stopienia wszystkich części.

Najwyższy, jaki uzyskaliśmy z plazmą wysokotemperaturową, to 102 sekundy, co jest możliwe dzięki reaktorowi EAST znajdującym się w Chinach.

Naukowcy często żartują, że energia termojądrowa zniknęła za 20 lat przez ostatnie sześć dekad.

Nie oznacza to, że rezygnujemy z marzeń o znacznie czystszej i bezpieczniejszej energii. Zamiast tego zebrało się 35 krajów, łącząc środki w wysokości 25 miliardów dolarów, aby stworzyć największy w historii projekt badawczy o nazwie ITER (Międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy).

Celem projektu jest stworzenie zrównoważonej energii syntezy jądrowej do 2035 r. ITER jest zasadniczo potężną wersją reaktora Tokamak, który może utrzymywać plazmę przez ponad godzinę, wystarczającą do zasilania 50 000 gospodarstw domowych.

ITER jest obecnie w budowie w Saint-Paul-lez-Durance w południowej Francji.

W ubiegłym roku grupie naukowców z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton udało się ustabilizować plazmę w reaktorach termojądrowych, aby zapobiec wahaniom temperatur i gęstości. Ten przełom pomoże w zapobieganiu zatrzymaniu reakcji jądrowych.

POWIĄZANE: MIĘDZYNARODOWY INSTYTUCJA W SPRAWIE FUZJI JĄDROWEJ OGŁOSI, ŻE SĄ W `` PÓŁPRODUKCIE ''

Obserwujemy również wzrost liczby startupów, które chcą doprowadzić do operowania energią termojądrową przed 2035 rokiem. Jednym z takich przykładów jest firma Commonwealth Fusion Systems, która planuje mieć działający reaktor termojądrowy do 2025 roku.

Można śmiało powiedzieć, że z pewnością dokonuje się postęp w zakresie technologii syntezy jądrowej. Z pewnością nie jest to na wyciągnięcie ręki, ale z pewnością warto poczekać na jego realizację.


Obejrzyj wideo: Energia przyszłości ekomiasta (Może 2022).