Globālie kodoldraudi pēdējos mēnešos pieauga pēc apgalvojumiem, ka Ziemeļkoreja būvē kodolieročus, un prezidenta Donalda Trampa draudi pret valsts bīstamo līderi. Pieaugošā spriedze pat lika Pastardienas pulkstenim tuvoties pusnaktij.
Tomēr, neraugoties uz potenciālu iznīcināt pasauli un apdraudot mūsu eksistenci, kodolenerģijai ir arī potenciāls atrisināt planētas neatliekamās enerģijas vajadzības.
Pēdējo gadu laikā privāto uzņēmumu klāsts ir ienācis pētījumu grupā, pateicoties tehnoloģiju attīstībai un mūsu izpratnei par tādām lietām kā supravadītāji. Google nesen apvienojās ar kodolsintēzes ekspertiem, lai izstrādātu algoritmu sarežģītu enerģētikas problēmu risināšanai, un MIT nesen paziņoja, ka kodolsintēze varētu būt tīklā tikai 15 gadu laikā.
Pavisam nesen zinātnieki uzskata, ka, iespējams, ir atklājuši vienu no kodolsintēzes noslēpumiem, aplūkojot eksplodējošas zvaigznes. Komanda noMičiganas Universitātes Lāzeru eksperimentālo astrofizikālo pētījumu centra grupa izpētīja, kā siltumam ir nozīme materiālu sajaukšanās procesā supernovas laikā - gaismas punkts, kas rodas, kad zvaigzne sasniedz savas dzīves beigas un eksplodē. Šie sprādzieni izsūta milzīgu enerģijas daudzumu, dažos gadījumos vairāk nekā mūsu pašu saule izdalīs visā dzīves laikā.
Siltuma loma šādās kodolsintēzes reakcijās kosmosā ir lielā mērā ignorēta, un zinātnieki ir mēģinājuši atdarināt šādas reakcijas uz Zemes, lai palīdzētu vadīt kodolenerģijas izrāvienus. Laboratorijas apstākļos sajaucot dažādas plazmas ar dažādiem elementiem, ieskaitot dzelzi, oglekļa hēliju un ūdeņradi, pētnieki ir spējuši noteikt, ka enerģijas plūsmas izraisa siltuma pieaugumu un kritumu, kas būtiski ietekmē to, kā elementi sajaucas ar plazmas. Iepriekšējos eksperimentos tas netika ņemts vērā šādā veidā, un tas visbeidzot varētu būt galvenais, lai kodolsintēzi padarītu ilgtspējīgāku uz Zemes. Pētījums ir publicēts Dabas komunikācijas.
Kas ir kodolenerģija?
Kamēr kodolenerģija var nodrošināt cilvēkus ar gandrīz neierobežotu enerģiju, kodolenerģijas fizika ir saistīta ar mijiedarbību starp dažām mazākajām iespējamām daļiņām. Katra Visuma atoma centrā atrodas niecīga protonu un neitronu kolekcija, ko sauc par kodolu. Protonu un neitronu skaits kodolā nosaka, kurš elements ir atoms, un kodols veido lielāko daļu šī atoma masas.
Kodola iekšienē protonus un neitronus saista viens no četriem fizikas pamatspēkiem, ko sauc par spēcīgo spēku. Kā norāda tās nosaukums, spēcīgais spēks ir spēcīgākais no visiem četriem, taču tas darbojas tikai nelielos attālumos - tāpat kā kodola iekšpusē. Pārējie irgravitācijas, elektromagnētisks un vājš. Šis video apraksta atšķirības un to, kā tās mūs ietekmē:
Atomi galvenokārt ir tukša vieta. Ja atoms būtu futbola stadiona lielums, kodols tā vidū būtu aptuveni mušas izmērs. Otra atoma daļa ir mākoņa elektroni, kas riņķo ap atoma kodolu, bet spēcīgais spēks neattiecas uz elektroniem. Tā vietā tos saista elektromagnētiskie spēki, jo tiem ir negatīvs lādiņš, kamēr kodols ir pozitīvi uzlādēts.
Vispārīgi runājot, kodolfizika ietver kodola izveidošanu vai sadalīšanu. Abi ir procesi, kuru rezultātā tiek zaudēts niecīgs masas daudzums, un tie atbrīvo milzīgu enerģijas daudzumu.
Kāpēc kodolenerģija ir tik svarīga?
Kopš 20. gadsimta 50. gadiem fiziķi mēģina atdarināt procesu, kas darbina Sauli, kontrolējot ūdeņraža atomu saplūšanu hēlijā. Šīs jaudas izmantošanas atslēga ir ierobežot īpaši karstas ūdeņraža gāzes bumbiņas, ko sauc par plazmām, līdz enerģijas daudzums, kas nāk no kodolsintēzes reakcijām, būs vienāds ar vairāk nekā tika ieguldīts. Šo punktu enerģētikas eksperti sauc par rentabilitāti un, ja tas var tas būtu tehnoloģisks sasniegums un varētu nodrošināt neierobežotu un bagātīgu nulles oglekļa enerģijas avotu.
Visticamāk, jums būs zināms Einšteina slavenākais vienādojums E = mc ^ 2. Tas norāda, ka enerģijas daudzums, kas izdalās, kad tiek zaudēts sīks masas daudzums, ir vienāds ar masu, kas reizināta ar gaismas ātrumu, kas ir kvadrātā. Gaismas ātrums ir diezgan milzīgs skaitlis.
Skatiet saistīto Krievijas peldošo Černobiļas atomelektrostaciju tikko devušies ceļā Faraday Challenge: valdība iegulda 246 miljonus mārciņu, lai Apvienotā Karaliste kļūtu par līderi akumulatoru tehnoloģiju jomā Kodolbumbas karte parāda, cik liela ir iespējamība izdzīvot kodoluzbrukumā Kas ir Trident? Apvienotās Karalistes kodolieroču atturēšanas līdzeklis paskaidroja Černobiļas un Fukušimas katastrofas: Kas notiek ar kodolieroču izslēgšanas zonām, kad cilvēki atstāj?
Jebkura elementa mazāko kodolu veido tikai viens protons, kas atrodams ūdeņraža atomos. Ūdeņradis līdzās hēlijam, litijs un berilijs ir visvienkāršākie elementi Visumā, kas nozīmē, ka to veidošanai nav vajadzīgs daudz enerģijas. Šie gaismas elementi izveidojās pašā Visuma sākumā, kad tas bija apmēram trīs minūtes vecs un pietiekami auksts, lai protoni un neitroni varētu sasaistīties. Tas ir viens iemesls, kāpēc ūdeņraža plazmas tiek uzskatītas par labāko kodolenerģijas iegūšanas avotu uz Zemes.
Pēc šiem pirmajiem četriem elementiem Visums ietriecās sienā. Vairāk enerģijas vajadzēja nākamajiem 88 periodiskās tabulas elementiem, lai pārvarētu protonus, kas viens otru atbaida ar pozitīvajiem lādiņiem, un šim kodolsintēzes procesam ir jāstājas spēkā.
Kas tad ir kodolsintēze?
Gandrīz viss ap mums tika izveidots zvaigznes iekšienē. Zvaigznes sākas ar ūdeņradi, kuru tās saspiež kopā, veidojot hēliju. Šis process turpinās, atbrīvojot enerģiju un sildot zvaigzni.
Tieši šī reakcija, izmantojot ūdeņradi kā degvielu, ir līdzīga zinātniekiem un komandāmTAE Technologiesmēģina atdarināt, lai sasniegtu kodolsintēzes enerģiju. Kad deitērija un tritija kodoli - kas atrodami ūdeņradī - saplūst, tie veido hēlija kodolu, neitronu un daudz enerģijas.
kad es izveidoju savu Gmail kontu
Tā kā kodolsintēze prasa milzīgu enerģijas daudzumu, lai sāktu reakcijas, ir izrādījies, ka procesu ir grūti kopēt uz Zemes. Lai atomi apvienotos kodolsintēzes reaktorā, nepieciešams milzīgs spiediens un temperatūra aptuveni 150 miljoni grādu.
Kad mūsu saules kodola lieluma zvaigznei pietrūkst ūdeņraža (tā degvielas avots), tā sāk mirt. Mirstošā zvaigzne izplešas sarkanajā milžā un sāk ražot oglekļa atomus, sakausējot hēlija atomus. Lielākas zvaigznes var radīt smagākus elementus, sākot no skābekļa līdz dzelzs, turpmākā kodola dedzināšanas sērijā. Viss, kas ir smagāks par dzelzi, tiek radīts supernovā - milzu sprādzienā masīvas zvaigznes dzīves beigās.
Kā kodolsintēze ir saistīta ar kodola skaldīšanu?
Kodolenerģija, kā mēs to pazīstam uz Zemes, izmanto citu kodolreakciju, ko sauc par skaldīšanu.
Kad elementi sāk paplašināties, piemēram, urāns vai plutonijs, kodola iekšpusē ir vairāk protonu un neitronu, tos ir iespējams sadalīt mazākos elementos, sitot ar neitroniem. Tā rezultātā mainās arī masa, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu.
Problēma slēpjas tā sauktajos reakciju pēcproduktos. Šīs vielas ir ļoti radioaktīvas, padarot tās par neticami bīstamām, un tas ir vissvarīgākais kodolenerģijas trūkums.
Ar radioaktīvajiem atkritumiem jārīkojas neticami uzmanīgi, un labākais veids, kā mums šobrīd ir atbrīvoties, ir to aprakšana dziļi pazemē. Bet tas kodolreaktorus padara par bīstamām vietām, un katastrofas, kurās ir noplūduši radioaktīvie atkritumi, ir izraisījušas briesmīgas sekas, piemēram, katastrofa Černobiļā 1986. gadā un Fukušima.
Kuras firmas strādā pie kodolsintēzes?
AR
Strādājot ar privātu firmu Commonwealth Fusion Systems, MIT pētnieki nesen izstrādāja jaunās kodolsintēzes eksperimentu un spēkstaciju paaudzi, izmantojot augstas temperatūras supravadītājus. Lai gan vēl nav realizēts, partnerības mērķis ir izveidot kompaktu ierīci ar nosaukumu SPARC.
Pēc tam, kad supravadoši elektromagnēti SPARC ir izstrādāti, paredzams, ka tie būs nākamo trīs gadu laikā, SPARC tos izmantos 100 miljonu vatu jeb 100 megavatu (MW) kodolsintēzes enerģijas ražošanai. Kaut arī tas nepārvērš šo siltumu par elektrību, tas saražos tik daudz enerģijas, cik izmanto maza pilsēta - vairāk nekā divas reizes lielāka nekā plazmas sildīšana, galu galā pirmo reizi radot pozitīvu neto enerģiju, kas rodas no kodolsintēzes. Ja tas izdosies, tas varētu palīdzēt izveidot pilna apjoma kodolsintēzes spēkstacijas prototipu un novest pasauli uz kodolsintēzes ceļa tikai 15 gadu laikā.
Šis pētījums seko Google un Google paveiktajam darbamTAE Technologies, kas sevi dēvē par pasaulē lielāko privāto kodolsintēzes uzņēmumu, un tā milzīgo jonizēto plazmas iekārtu C2-U. Google uzbūvēja algoritmu, kas paredzēts, lai paātrinātu eksperimentus plazmas fizikā, un Tri Alpha Energy galvenais mērķis, līdzīgi kā CFS, ir pirmās komerciālās kodolsintēzes kodolsintēzes būvniecība. Jo ātrāk tas var pabeigt eksperimentus, jo ātrāk un lētāk tas var sasniegt šo mērķi un virzīt pasauli uz ilgtspējīgāku, tīru enerģijas avotu.
LASI TĀLĀK: Pārdzīvo kodoluzbrukumu
Paaugstināts privātā sektora kodolsintēzes pētījums atspoguļo milzīgo likmi - bagātīgu, videi draudzīgu un drošu jaunu elektroenerģijas ražošanas veidu, profesors Īans Čepmens, Lielbritānijas Atomenerģijas pārvaldes izpilddirektors teica .
Lai veiktu šāda veida eksperimentus, plazma - īpaši karstas gāzes bumbas - jāierobežo uz ilgu laiku.TAE Technologiesierobežo šīs plazmas, izmantojot metodi, ko sauc lauka apgrieztā konfigurācija kas, kā tiek prognozēts, enerģijas pieauguma laikā kļūs stabilāka, atšķirībā no citām metodēm, kad plazmas kļūst grūtāk kontrolēt, kad jūs tās sildāt.
TAE Technologies ”C-2U nospiež šos eksperimentus līdz robežai, cik lielu elektrisko jaudu var izmantot plazmas ģenerēšanai un ierobežošanai tik mazā telpā tik īsā laikā. Tās iestatījumu optimizēšana (iekārtai ir vairāk nekā 1000 pogu) un plazmas uzvedības pārvaldība ir sarežģīta problēma, un tieši šeit parādās Google optometriskais algoritms.
Kā Google vecākais personāla programmatūras inženieris Teds Baltzs paskaidro , C-2U mašīna veic plazmas šāvienu ik pēc astoņām minūtēm, un katrā braucienā C-2U vakuumā jāizveido divas plazmas vērpšanas lāpstas. Šīs lāses tiek sasmalcinātas kopā ar ātrumu vairāk nekā 600 000 jūdzes stundā, lai izveidotu lielāku, karstāku, vērpjošu plazmas bumbu.
LASI TĀLĀK: Kas ir algoritms ?
Pēc tam plazmas bumbu nepārtraukti sit ar daļiņu stariem, kas izgatavoti no neitrāliem ūdeņraža atomiem, lai tā turpinātu griezties. Magnētiskie lauki tur vērpšanas bumbu pat 10 milisekundes. Google algoritms ņem visus parametrus no iestatījumu skaita līdz vakuuma kvalitātei un elektronu stabilitātei, lai parādītu cilvēka fizikiem risinājumus.
Kā darbojas kodolbumbas?
ASV bija pirmā valsts, kas izstrādāja kodolieročus, bet 1949. gadā sekoja Krievija. Tiek lēsts, ka no 2016. gada ASV ir apmēram 7000 kodolieroču, tostarp atvaļināti, glabāti un izvietoti ieroči. Tiek teikts, ka Krievijai ir aptuveni 7300 kaujas galvu, Francijai ir aptuveni 300, bet Lielbritānijai - 215. Ziemeļkorejai, kas tiek uzskatīta par vienu no nozīmīgākajiem mūsdienu kodoldraudiem, ir nezināms ierīču skaits, lai gan aprēķinos to skaits ir aptuveni 10 .
Visi kodolieroči izmanto skaldīšanu, lai radītu savus postošos sprādzienus. Pirmie ieroči, tostarp Mazais zēns, kas Otrā pasaules kara laikā nometās uz Hirosimu, radīja kritisko masu, kas vajadzīga, lai sāktu skaldīšanas ķēdes reakciju,šaujot dobu urāna-235 cilindru uz mērķi, kas izgatavots no tā paša materiāla.
LASĪT VAIRĀK: Kas ir ūdeņraža bumba?
Šī tehnika pēdējos gados ir attīstījusies, un mūsdienu ieročos kritiskā masa ir atkarīga no materiāla blīvuma. Šie ieroči detonē ķīmiskās sprāgstvielas ap tā saukto urāna-235 vai plutonija-239 metāla bedri. Šie izotopi ir visizplatītākie elementi, kas spēj šķelties. Gan urāns, gan plutonijs dabiski atrodas minerālu nogulumos, kaut arī niecīgos daudzumos (mazāk nekā 1% urāna gadījumā un vēl mazāk plutonijam), kas nozīmē, ka tie ir jāražo. Tas ir dārgs un laikietilpīgs process, un tas ir galvenais šķērslis, lai brīvāk būvētu kodolbumbas.
LASI TĀLĀK: Kāda ir atšķirība starp ūdeņraža bumbu un atombumbu?
kā iespējot Bluetooth operētājsistēmā Windows 10
Mūsdienu kodolsprādzienos sprādziens pūš uz iekšu, piespiežot bedres atomus kopā. Kad ir sasniegta kritiskā masa, neitronus izmanto, lai izveidotu skaldīšanas ķēdes reakciju, kas savukārt rada atomu sprādzienu. Termotu kodolsintēzes ieroči izmanto enerģiju, kas rodas sadalīšanās sprādzienā, lai kopā piespiestu ūdeņraža izotopus, radot uguns bumbu, kas tuvojas tik karstai temperatūrai kā saule.
