Og fusionen?
Indhold
Rapporter i slutningen af sidste år om konstruktionen af en reaktor til syntese af kinesiske specialister lød sensationelle (1). Kinas statsmedier rapporterede, at HL-2M-anlægget, der ligger ved et forskningscenter i Chengdu, vil være operationelt i 2020. Tonen i mediernes rapporter indikerede, at spørgsmålet om adgang til termonuklear fusions uudtømmelige energi var løst for evigt.
Et nærmere kig på detaljerne er med til at afkøle optimismen.
Nowy apparat af tokamak-typen, med et mere avanceret design end de hidtil kendte, skulle generere plasma med temperaturer over 200 millioner grader Celsius. Dette blev annonceret i en pressemeddelelse fra lederen af Southwestern Institute of Physics i China National Nuclear Corporation Duan Xiuru. Enheden vil yde teknisk support til kineserne, der arbejder på projektet International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)samt byggeri.
Så jeg tror, at det endnu ikke er en energirevolution, selvom det er skabt af kineserne. reaktor KhL-2M indtil videre vides lidt. Vi ved ikke, hvad det forventede termiske output fra denne reaktor er, eller hvilke niveauer af energi, der er nødvendige for at køre en kernefusionsreaktion i den. Vi ved ikke det vigtigste - er den kinesiske fusionsreaktor et design med en positiv energibalance, eller er det blot endnu en eksperimentel fusionsreaktor, der giver mulighed for en fusionsreaktion, men samtidig kræver mere energi til "antænding" end den energi, der kan opnås som følge af reaktioner.
International indsats
Kina er sammen med EU, USA, Indien, Japan, Sydkorea og Rusland medlemmer af ITER-programmet. Dette er det dyreste af de nuværende internationale forskningsprojekter finansieret af de ovennævnte lande, og koster omkring 20 milliarder USD. Det blev åbnet som et resultat af samarbejdet mellem regeringerne i Mikhail Gorbatjov og Ronald Reagan under den kolde krigs æra, og mange år senere blev det inkluderet i en traktat underskrevet af alle disse lande i 2006.
2. På byggepladsen for ITER tokamak
ITER-projektet i Cadarache i det sydlige Frankrig (2) udvikler verdens største tokamak, det vil sige et plasmakammer, der skal tæmmes ved hjælp af et kraftigt magnetfelt genereret af elektromagneter. Denne opfindelse blev udviklet af Sovjetunionen i 50'erne og 60'erne. Projektleder, Lavan Koblenz, meddelte, at organisationen skulle modtage det "første plasma" i december 2025. ITER skulle understøtte en termonuklear reaktion for omkring 1 tusind mennesker hver gang. sekunder, får styrke 500-1100 MW. Til sammenligning, den største britiske tokamak til dato, JET (joint European torus), bevarer en reaktion i flere ti sekunder og får styrke op til 16 MW. Energien i denne reaktor vil blive frigivet i form af varme - det er ikke meningen, at den skal omdannes til elektricitet. At levere fusionskraft til nettet er udelukket, da projektet kun er til forskningsformål. Det er kun på grundlag af ITER, at den fremtidige generation af termonukleare reaktorer vil blive bygget, når magten 3-4 tusinde. MW.
Hovedårsagen til, at normale fusionskraftværker stadig ikke eksisterer (på trods af over tres års omfattende og kostbar forskning) er vanskeligheden ved at kontrollere og "administrere" plasmaets adfærd. Men mange års eksperimenter har givet mange værdifulde opdagelser, og i dag virker fusionsenergi tættere på end nogensinde.
Tilsæt helium-3, rør og varm op
ITER er hovedfokus for global fusionsforskning, men mange forskningscentre, virksomheder og militærlaboratorier arbejder også på andre fusionsprojekter, der afviger fra den klassiske tilgang.
For eksempel gennemført i de senere år på fra Massachusetts Institute of Technology eksperimenter med Helem-3 på tokamak gav spændende resultater, bl.a tidoblet stigning i energi plasma-ion. Forskere, der udfører eksperimenter på C-Mod tokamak ved Massachusetts Institute of Technology, har sammen med specialister fra Belgien og Storbritannien udviklet en ny type termonukleært brændstof, der indeholder tre typer ioner. Hold Alcatel C-Mod (3) gennemførte en undersøgelse tilbage i september 2016, men dataene fra disse eksperimenter er først for nylig blevet analyseret, hvilket afslører en enorm stigning i plasmaenergi. Resultaterne var så opmuntrende, at forskerne, der driver verdens største opererende fusionslaboratorium, JET i Storbritannien, besluttede at gentage eksperimenterne. Den samme stigning i energi blev opnået. Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics.
3. Tokamak Alcator C-Mod i drift
Nøglen til at forbedre effektiviteten af nukleart brændsel var tilføjelsen af spormængder af helium-3, en stabil isotop af helium, med en neutron i stedet for to. Det nukleare brændsel, der blev brugt i Alcator C-metoden, indeholdt tidligere kun to typer ioner, deuterium og brint. Deuterium, en stabil isotop af brint med en neutron i sin kerne (i modsætning til brint uden neutroner), udgør omkring 95 % af brændstoffet. Forskere ved Plasma Research Center og Massachusetts Institute of Technology (PSFC) brugte en proces kaldet RF opvarmning. Antennerne ved siden af tokamak bruger en bestemt radiofrekvens til at excitere partiklerne, og bølgerne er kalibreret til at "målrette" brint-ionerne. Fordi brint udgør en lille brøkdel af brændstoffets samlede densitet, gør det at koncentrere kun en lille brøkdel af ionerne ved opvarmning, at ekstreme energiniveauer kan nås. Yderligere passerer de stimulerede hydrogenioner til de deuteriumioner, der er fremherskende i blandingen, og de partikler, der dannes på denne måde, kommer ind i reaktorens ydre skal og frigiver varme.
Effektiviteten af denne proces øges, når helium-3-ioner tilsættes til blandingen i en mængde på mindre end 1%. Ved at koncentrere al radioopvarmning på en lille mængde helium-3 hævede forskerne ionernes energi til megaelektronvolt (MeV).
Først til mølle - først til mølle Svarer på russisk: Spisning sent gæst og ben
Der har været mange udviklinger i verden af kontrolleret fusionsarbejde i løbet af de sidste par år, som har genoplivet videnskabsmænds og os allesammens håb om endelig at nå energiens "hellige gral".
Gode signaler omfatter blandt andet opdagelser fra Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) under det amerikanske energiministerium (DOE). Radiobølger er med stor succes blevet brugt til markant at reducere de såkaldte plasmaforstyrrelser, som kan være afgørende i processen med at "klæde sig på" termonukleare reaktioner. Det samme forskerhold rapporterede i marts 2019 et lithium-tokamak-eksperiment, hvor de indvendige vægge af testreaktoren blev belagt med lithium, et materiale, der er velkendt fra batterier, der almindeligvis anvendes i elektronik. Forskerne bemærkede, at lithiumforingen på reaktorens vægge absorberer spredte plasmapartikler, hvilket forhindrer dem i at blive reflekteret tilbage til plasmaskyen og forstyrre termonukleære reaktioner.
4. Visualisering af TAE Technologies projektet
Forskere fra store velrenommerede videnskabelige institutioner er endda blevet forsigtige optimister i deres udtalelser. På det seneste har der også været en enorm stigning i interessen for kontrollerede fusionsteknikker i den private sektor. I 2018 annoncerede Lockheed Martin en plan om at udvikle en kompakt fusionsreaktor (CFR) prototype inden for det næste årti. Hvis teknologien, virksomheden arbejder på, virker, vil en enhed på størrelse med en lastbil være i stand til at levere nok elektricitet til at opfylde behovene for en enhed på 100 kvadratmeter. byboere.
Andre virksomheder og forskningscentre konkurrerer om, hvem der kan bygge den første rigtige fusionsreaktor, herunder TAE Technologies og Massachusetts Institute of Technology. Selv Amazons Jeff Bezos og Microsofts Bill Gates er for nylig blevet involveret i fusionsprojekter. NBC News talte for nylig sytten små fusionsvirksomheder i USA. Startups som General Fusion eller Commonwealth Fusion Systems fokuserer på mindre reaktorer baseret på innovative superledere.
Begrebet "kold fusion" og alternativer til store reaktorer, ikke kun tokamaks, men også den såkaldte. stjerner, med et lidt anderledes design, bygget blandt andet i Tyskland. Søgen efter en anden tilgang fortsætter også. Et eksempel på dette er en enhed kaldet Z-knibe, bygget af forskere fra University of Washington og beskrevet i et af de seneste numre af tidsskriftet Physics World. Z-knibet virker ved at fange og komprimere plasmaet i et kraftigt magnetfelt. I forsøget var det muligt at stabilisere plasmaet i 16 mikrosekunder, og fusionsreaktionen fortsatte i omkring en tredjedel af denne tid. Demonstrationen skulle vise, at syntese i lille målestok er mulig, selvom mange forskere stadig er i alvorlig tvivl om dette.
Til gengæld, takket være støtte fra Google og andre avancerede teknologiinvestorer, bruger det californiske selskab TAE Technologies en anden, end typisk for fusionseksperimenter, borbrændstofblanding, som blev brugt til at udvikle mindre og billigere reaktorer, i første omgang med henblik på den såkaldte fusionsraketmotor. En prototype cylindrisk fusionsreaktor (4) med modstråler (CBFR), som opvarmer brintgas til dannelse af to plasmaringe. De kombineres med bundter af inerte partikler og holdes i en sådan tilstand, hvilket skulle bidrage til en stigning i plasmaets energi og holdbarhed.
Endnu en fusionsstartup General Fusion fra den canadiske provins British Columbia nyder støtte fra Jeff Bezos selv. Enkelt sagt er hans koncept at sprøjte varmt plasma ind i en kugle af flydende metal (en blanding af lithium og bly) inde i en stålkugle, hvorefter plasmaet komprimeres af stempler, svarende til en dieselmotor. Det skabte tryk skulle føre til fusion, som vil frigive en enorm mængde energi til at drive turbinerne i en ny type kraftværk. Mike Delage, teknologichef hos General Fusion, siger, at kommerciel nuklear fusion kan debutere om ti år.
5. Illustration fra et termonuklear patent fra den amerikanske flåde.
For nylig indgav den amerikanske flåde også patent på en "plasmafusionsenhed". Patentet taler om magnetiske felter for at skabe "accelereret vibration" (5). Idéen er at bygge fusionsreaktorer, der er små nok til at være bærbare. Det er overflødigt at sige, at denne patentansøgning blev mødt med skepsis.
