Miért akarta a Max Planck Intézetet, hogy a Fusion Reactorban főzze fel a plazmát

$config[ads_kvadrat] not found

Xiaomi Mi 10T Pro Обзор - ПРАВИЛА ИГРЫ ИЗМЕНИЛИСЬ!

Xiaomi Mi 10T Pro Обзор - ПРАВИЛА ИГРЫ ИЗМЕНИЛИСЬ!
Anonim

Semmi sem hasonlít egy fúziós reaktorhoz, hogy izgalmat generáljon. Kilenc évnyi építés és 1 milliárd euró után a Max Planck Plasma Fizikai Intézet tudósai december 10-én felrobbantották a Wendelstein 7-X fúziós készülékének első forró tesztjét, és egy másodpercnyi másodpercig hélium-plazmát termeltek. és elérte a Celsius fokot. De még csak ne csábítson. Ez csak egy lépés volt a készülék előkészítésére annak igazi céljára: a nukleáris fúzió hidrogéngázzal való tanulmányozása.

Oké, most szivattyúzzák.

A fúzió már régóta az atomerőműkutatás arany borjúja, amely a megvalósíthatóság kivételével valamennyi kategóriában mutatja be a nukleáris hasadást. A fúzió hatalmas mennyiségű energiát termel - végül is ugyanaz a folyamat, amely a napot bízza. De a hatalma a fájdalmat okoz a szamárban. Minden eddig felépített fúziós reaktor több energiát fogyasztott, mint amennyit termelt. A fúziós energia rekordját 1997-ben határozták meg: 16 megawattot termeltek 24 megawatt bemeneti teljesítménygel. De ha valaki sikerül megfordítania ezt az egyenletet… Meg tudod mondani olcsó, szénmentes energiát?

A kevésbé kifinomult unokatestvérétől eltérően a fúzió nem termel radioaktív hulladékot. A hidrogénellátási ciklus kevésbé problematikus, mint az urán ellátási ciklus. Ahhoz, hogy tisztességesek legyenek, a hidrogén leggyakoribb forrásai ma a szén és a földgáz, de a hidrogént elektrolízissel lehet előállítani.

A hasadás és a fúzió két szempontból egyaránt hasonlít. Mindkettő kihasználja az egyik elem atomjainak egy másik elem atomjainak átalakítását, és mindkettőt először fegyverként használták. A Fat Man és a Little Boy, az 1945-ben Hiroshima és Nagasaki-ba esett hasadási bombák 1952-ben az Ivy Mike-hoz hasonló fúziós eszközökhöz juttattak. (Bár Ivy Mike nem bombaként épült, hamarosan termonukleáris háborús fejek követték, sok megatonnyi hozamot kaptak az összes kontinentális rakétával.)

A fúziós bombát H-bomba néven ismerték: a példátlan energia-kibocsátás a hidrogénatomok fúziójából származik. A fúziós kutatók ezt a hatást a polgári energiatermelésre kívánják felhasználni. Kiderül, hogy ez kihívás. A hidrogénfúzió a Föld felszínén egy millió Celsius fokot meghaladó hőmérsékletet igényelne. Ezen a hőmérsékleten a hidrogén és a hélium plazmává válik, az anyag negyedik formája.

De mi a fenét jelent a plazma?

Röviden, a plazma ionizált gáz. A plazmában minden molekuláris kötés feloldódik, és az elektronok elhagyják a gazdaszerű atomjukat. A plazmidok nagy vezetőképességűek, mivel magas töltéshordozós sűrűségük van, azaz az elektronok és ionok szabadon mozoghatnak egymástól egy elektromos mezőre válaszul.

Bár ez mind egzotikusnak hangzik, a plazmák rendszeresen megjelennek az életünkben. A villámcsavarok és a neonjelek fénye az ionokkal rekombinálódó elektronokból és az alacsonyabb kvantumállapotokba süllyedő, spontán emissziónak nevezett folyamatból származik. Néhány láng elég meleg ahhoz, hogy ionizálja a kipufogógázokat, és a plazma fáklyák, a plazma képernyők és az ívhegesztők mindegyike plazmákat használ.

De mindenkinek nincs semmi a fúziós reaktor plazmáján. Egy millió Celsius foknál a fúziós leves atomjai rendkívül energikusak. Ha nincsenek benne, akkor kialszik, megrongálják a készüléket, és nem olvadnak össze egymással. Elszigetelés nélkül valószínűleg soha nem éri el az egymillió fokot.

Tartósság a fúziós kutatásban. A plazmát zárt térben kell tartani, és nem érintheti a fúziós edény falát. Mondanom sem kell, hogy a tartályt magas vákuumban kell tartani. A Wendelstein 7-X 65 vákuumszivattyút használ, hogy a nyomást 0,000000001 millibar értéken tartsa. (Ez 0,000001 Pascals az Ön számára SI szerelmeseinek.) Az egyetlen reális eszköz, amellyel egy ionizált gázt a pokolos hőmérsékleten egy mágneses mezőben tartani. És ez az, ahol a dolgok nagyon trükkösek.

Évek óta a legnépszerűbb fúziós reaktor tervezés a tokamak volt. Az elmúlt években, amikor a szuper számítógépek sakkokat játszottak, az embereket a Jeopardy-n, a hajtogatott fehérjéken dobta, a tudósok okos módon jöttek létre a megfelelő alakú mágneses mező előállításához. A tokamakban a külső elektromágnesekkel a plazma-párokon áthaladó elektromos áram a szükséges mágneses mező létrehozásához.

Nem így van Wendelstein 7-X-ben. Itt a tárolómező teljes egészében külső szupravezető elektromágnesekből származik. A kutatócsoport szuperszámítógépet használt a mágnesek alakjának optimalizálására és a plazmaáram szükségességének kiküszöbölésére. Ezt a fúziós reaktor stílusát stellarátornak nevezik.

Eddig senki sem épített olyan fúziós reaktort, amely több energiát generál, mint amennyit fogyaszt. Még Wendelstein 7-X, a világ legnagyobb stellarátor típusú reaktorát kutatási célokra építették, nem pedig az energiatermelésre. De ha a fúziós projektbe szeretné fektetni a reményeit, a Wendelstein 7-X jó kiindulópont. Győződjön meg róla, hogy figyeljen az ITER-re is, és a világ legnagyobb tokamakja lesz.

$config[ads_kvadrat] not found