Globalne zagrożenie nuklearne wzrosło w ostatnich miesiącach po twierdzeniach, że Korea Północna buduje broń nuklearną i groźbie prezydenta Donalda Trumpa wobec niebezpiecznego przywódcy kraju. Eskalujące napięcie spowodowało nawet, że Zegar Zagłady zbliżył się do północy.
Jednak pomimo swojego potencjału do zniszczenia świata i zagrożenia dla naszego istnienia, energia jądrowa ma również potencjał, aby zaspokoić palące potrzeby energetyczne planety.
W ostatnich latach, dzięki postępowi technologicznemu i naszemu zrozumieniu takich rzeczy, jak nadprzewodniki, do działalności badawczej wkroczyły rzesze prywatnych firm. Google niedawno połączył siły z ekspertami ds. fuzji jądrowej, aby opracować algorytm rozwiązywania złożonych problemów energetycznych, a MIT powiedział niedawno, że fuzja jądrowa może pojawić się w sieci już za 15 lat.
Niedawno naukowcy uważają, że mogli odkryć jedną z tajemnic syntezy jądrowej, patrząc na eksplodujące gwiazdy. Zespół zGrupa Center for Laser Experimental Astrophysical Research z University of Michigan zbadała, w jaki sposób ciepło odgrywa rolę w sposobie mieszania się materiałów podczas supernowych – punktu światła utworzonego, gdy gwiazda kończy swoje życie i eksploduje. Eksplozje te wysyłają ogromne ilości energii, w niektórych przypadkach więcej niż nasze własne słońce wyemituje w ciągu całego swojego życia.
Rola, jaką ciepło odgrywa w takich reakcjach fuzji w kosmosie, została w dużej mierze przeoczona, a naukowcy próbują naśladować takie reakcje na Ziemi, aby pomóc w dokonywaniu przełomów w dziedzinie energii jądrowej. Mieszając różne plazmy z różnymi pierwiastkami, w tym żelazem, węglem, helem i wodorem w warunkach laboratoryjnych, naukowcy byli w stanie ustalić, że strumienie energii powodują wzrost i spadek ciepła, co ma znaczący wpływ na sposób mieszania się pierwiastków z ciałem. plazmy. Nie rozważano tego w ten sposób w poprzednich eksperymentach i może w końcu stanowić klucz do uczynienia syntezy jądrowej bardziej zrównoważoną na Ziemi. Badania publikowane są w Komunikacja przyrodnicza.
Czym jest energia jądrowa?
Podczas gdy energia jądrowa może zapewnić ludziom niemal nieograniczoną energię, fizyka energii jądrowej obejmuje interakcje między niektórymi z najmniejszych cząstek, jakie można sobie wyobrazić. W centrum każdego atomu we wszechświecie znajduje się maleńki zbiór protonów i neutronów zwany jądrem. Liczba protonów i neutronów w jądrze określa, jakim pierwiastkiem jest atom, a jądro stanowi większość masy tego atomu.
Wewnątrz jądra protony i neutrony są połączone jedną z czterech podstawowych sił fizyki, zwanych siłami silnymi. Jak sama nazwa wskazuje, siła silna jest najsilniejsza ze wszystkich czterech, ale działa tylko na małe odległości – jak te wewnątrz jądra. Pozostali sągrawitacyjne, elektromagnetyczne i słabe. W tym filmie opisujemy różnice i ich wpływ na nas:
Atomy to głównie pusta przestrzeń. Gdyby atom miał wielkość stadionu piłkarskiego, jądro byłoby mniej więcej wielkości muchy znajdującej się w jego środku. Drugą częścią atomu są elektrony w chmurze krążące wokół jądra atomu, ale silne oddziaływanie nie dotyczy elektronów. Zamiast tego są one związane siłami elektromagnetycznymi, ponieważ mają ładunek ujemny, podczas gdy jądro jest naładowane dodatnio.
Ogólnie rzecz biorąc, fizyka jądrowa obejmuje tworzenie lub pękanie jądra. Oba są procesami, w wyniku których tracona jest niewielka część masy, a te uwalniają ogromne ilości energii.
Dlaczego energia jądrowa jest tak ważna?
Od lat pięćdziesiątych fizycy próbują naśladować proces, który zasila Słońce, kontrolując syntezę atomów wodoru w hel. Kluczem do wykorzystania tej mocy jest uwięzienie ultra-gorących kul gazowego wodoru zwanych plazmami, aż ilość energii wychodzącej z reakcji fuzji będzie równa większej niż została włożona. Ten punkt jest tym, co eksperci ds. Energii nazywają progiem rentowności i jeśli to możliwe do osiągnięcia, stanowiłoby to przełom technologiczny i mogłoby stanowić nieograniczone i obfite źródło energii o zerowej emisji dwutlenku węgla.
Prawdopodobnie będziesz świadomy najsłynniejszego równania Einsteina, E=mc^2. Oznacza to, że ilość energii uwolnionej po utracie niewielkiej części masy jest równa tej masie pomnożonej przez kwadrat prędkości światła. Prędkość światła to dość duża liczba.
Zobacz pokrewną pływającą elektrownię atomową w Czarnobylu w Rosji właśnie wypłynęła Wyzwanie Faradaya: Rząd zainwestuje 246 milionów funtów w uczynienie Wielkiej Brytanii liderem w dziedzinie technologii akumulatorów Mapa bomby atomowej pokazuje, jak prawdopodobne jest przetrwanie ataku nuklearnego Co to jest trójząb? Odstraszanie nuklearne w Wielkiej Brytanii wyjaśniło katastrofy w Czarnobylu i Fukushimie: co dzieje się ze strefami wykluczenia nuklearnego, gdy ludzie odchodzą?
Najmniejsze jądro dowolnego pierwiastka składa się tylko z jednego protonu znajdującego się w atomach wodoru. Wodór, obok helu, litu i berylu, są najlżejszymi pierwiastkami we wszechświecie, co oznacza, że do ich powstania potrzeba niewiele energii. Te lekkie pierwiastki powstały na samym początku Wszechświata, kiedy miał około trzech minut i był wystarczająco zimny, aby protony i neutrony mogły się ze sobą związać. To jeden z powodów, dla których plazma wodorowa jest postrzegana jako najlepsze źródło pozyskiwania energii jądrowej na Ziemi.
Po tych pierwszych czterech żywiołach wszechświat uderzył w ścianę. Więcej energii było potrzebne dla następnych 88 pierwiastków w układzie okresowym, aby przezwyciężyć odpychające się protony swoimi dodatnimi ładunkami, a do tej syntezy jądrowej musi wejść.
Czym więc jest fuzja jądrowa?
Prawie wszystko wokół nas zostało stworzone wewnątrz gwiazdy. Gwiazdy zaczynają się od wodoru, który ściskają razem, tworząc hel. Proces ten trwa, uwalniając energię i rozgrzewając gwiazdę.
To właśnie ta reakcja, wykorzystująca wodór jako paliwo, powoduje, że naukowcy i zespoły takie jakTechnologie TAEpróbują naśladować osiągnięcie energii syntezy jądrowej. Kiedy jądra deuteru i trytu – które można znaleźć w wodorze – łączą się, tworzą jądro helu, neutron i dużo energii.
google docs jak ustawić marginesy
Ponieważ synteza jądrowa wymaga ogromnych ilości energii do rozpoczęcia reakcji, proces ten okazał się trudny do skopiowania na Ziemi. Połączenie atomów w reaktorze termojądrowym wymaga ogromnego ciśnienia i temperatury około 150 milionów stopni.
Kiedy gwiazda o rozmiarach jądra naszego Słońca zabraknie wodoru (jego źródła paliwa), zaczyna umierać. Umierająca gwiazda rozszerza się w czerwonego olbrzyma i zaczyna wytwarzać atomy węgla poprzez fuzję atomów helu. Większe gwiazdy mogą tworzyć cięższe pierwiastki, od tlenu po żelazo, w kolejnej serii spalania jądrowego. W supernowej, gigantycznej eksplozji pod koniec życia masywnej gwiazdy, powstaje wszystko, co jest cięższe od żelaza.
Jak fuzja jądrowa ma się do rozszczepienia jądrowego?
Energia jądrowa, jaką znamy na Ziemi, wykorzystuje inną reakcję jądrową, zwaną rozszczepieniem.
Kiedy pierwiastki zaczynają się rozszerzać, takie jak uran lub pluton, z większą ilością protonów i neutronów upakowanych w jądrze, możliwe jest rozbicie ich z powrotem na mniejsze pierwiastki, uderzając w nie neutronami. Powoduje to również zmianę masy, uwalniając ogromne ilości energii.
Problem tkwi w tzw. produktach ubocznych reakcji. Substancje te są wysoce radioaktywne, co czyni je niezwykle niebezpiecznymi i jest to najważniejsza wada energii jądrowej.
Z odpadami promieniotwórczymi należy obchodzić się niezwykle ostrożnie, a najlepszym sposobem na ich pozbycie się jest zakopywanie ich głęboko pod ziemią. Ale to sprawia, że reaktory jądrowe stają się niebezpiecznymi miejscami, a katastrofy, w których wyciekły radioaktywne odpady, spowodowały tragiczne konsekwencje, takie jak katastrofa w Czarnobylu w 1986 roku i Fukushima.
Jakie firmy pracują nad syntezą jądrową?
Z
Współpracując z prywatną firmą Commonwealth Fusion Systems, naukowcy z MIT opracowali niedawno nową generację eksperymentów termojądrowych i elektrowni wykorzystujących nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Chociaż nie zostało to jeszcze zrealizowane, celem partnerstwa jest zbudowanie kompaktowego urządzenia o nazwie SPARC.
Kiedyś nadprzewodzące elektromagnesy dla SPARC zostały opracowane, oczekuje się, że w ciągu najbliższych trzech lat SPARC wykorzysta je do wygenerowania 100 milionów watów lub 100 megawatów (MW) energii termojądrowej. Chociaż nie zamieni tego ciepła w energię elektryczną, wyprodukuje tyle energii, ile zużywa małe miasto – ponad dwukrotnie więcej niż do ogrzewania plazmy, ostatecznie tworząc po raz pierwszy dodatnią energię netto z fuzji. Jeśli to się powiedzie, może to pomóc w stworzeniu pełnowymiarowego prototypu elektrowni termojądrowej i skierować świat na drogę do fuzji jądrowej w ciągu zaledwie 15 lat.
To badanie jest kontynuacją prac wykonywanych przez Google iTechnologie TAE, która nazywa siebie największą prywatną firmą termojądrową na świecie, oraz jej gigantyczną maszynę zjonizowaną plazmą C2-U. Google zbudował algorytm zaprojektowany w celu przyspieszenia eksperymentów w fizyce plazmy, a ostatecznym celem Tri Alpha Energy, podobnie jak CFS, jest zbudowanie pierwszej komercyjnej elektrowni opartej na fuzji jądrowej. Im szybciej może zakończyć eksperymenty, tym szybciej i taniej może osiągnąć ten cel i skierować świat w kierunku bardziej zrównoważonego, czystego źródła energii.
CZYTAJ DALEJ: Przetrwanie ataku nuklearnego
Wzmożone badania sektora prywatnego nad syntezą jądrową odzwierciedlają ogromną nagrodę – obfity, przyjazny dla środowiska i bezpieczny nowy sposób wytwarzania energii elektrycznej, profesor Ian Chapman, dyrektor generalny Brytyjskiego Urzędu Energii Atomowej powiedziany .
Aby przeprowadzić tego rodzaju eksperymenty, plazma – ultragorące kule gazu – muszą być zamknięte na długi czas.Technologie TAEogranicza te plazmy za pomocą metody zwanej konfiguracja odwrócona w terenie Przewiduje się, że wraz ze wzrostem energii stanie się bardziej stabilny, w przeciwieństwie do innych metod, w których plazma staje się trudniejsza do kontrolowania, gdy ją ogrzewasz.
Technologie TAE”C-2U popycha te eksperymenty do granic tego, ile energii elektrycznej można zastosować do wygenerowania i zamknięcia plazmy na tak małej przestrzeni w tak krótkim czasie. Optymalizacja jego ustawień (maszyna ma ponad 1000 przycisków) i zarządzanie zachowaniem plazmy to złożony problem i tu właśnie wkracza Google Optometrist Algorithm.
Jako starszy inżynier oprogramowania w firmie Google, Ted Baltz wyjaśnia , maszyna C-2U wykonuje strzał plazmowy co osiem minut, a każdy przebieg obejmuje tworzenie dwóch wirujących kropel plazmy w próżni C-2U. Te plamy są rozbijane o siebie z prędkością ponad 600 000 mil na godzinę, tworząc większą, gorętszą, wirującą kulę plazmy.
CZYTAJ DALEJ: Co to jest algorytm ?
Kula plazmy jest następnie uderzana w sposób ciągły wiązkami cząstek z neutralnych atomów wodoru, aby utrzymać ją w ruchu. Pola magnetyczne utrzymują wirującą kulkę nawet przez 10 milisekund. Google algorytm bierze wszystkie parametry od liczby ustawień po jakość próżni i stabilność elektronów, aby przedstawić rozwiązania fizykom.
Jak działają bomby atomowe?
Stany Zjednoczone były pierwszym krajem, który opracował broń jądrową, a następnie Rosja w 1949 r. Szacuje się, że w 2016 r. Stany Zjednoczone mają około 7000 głowic nuklearnych, w tym broń wycofaną, przechowywaną i rozmieszczoną. Mówi się, że Rosja ma około 7300 głowic, Francja około 300, a Wielka Brytania 215. Korea Północna, postrzegana jako jedno z największych zagrożeń nuklearnych współczesnych czasów, ma nieznaną liczbę urządzeń, chociaż szacunki mówią o około 10 .
Wszystkie bronie jądrowe wykorzystują rozszczepienie do generowania niszczycielskich eksplozji. Wczesna broń, w tym Little Boy zrzucona na Hiroszimę podczas II wojny światowej, stworzyła masę krytyczną potrzebną do rozpoczęcia reakcji łańcuchowej rozszczepienia przezstrzelanie pustym cylindrem uranu-235 do celu wykonanego z tego samego materiału.
CZYTAJ WIĘCEJ: Co to jest bomba wodorowa?
Technika ta rozwinęła się w ostatnich latach i we współczesnej broni masa krytyczna zależy od gęstości materiału. Broń ta detonuje chemiczne materiały wybuchowe wokół tak zwanego dołu metalicznego uranu-235 lub plutonu-239. Te izotopy są najczęstszymi pierwiastkami, które mogą przejść przez rozszczepienie. Zarówno uran, jak i pluton występują naturalnie w złożach mineralnych, aczkolwiek w niewielkich ilościach (mniej niż 1% w przypadku uranu i jeszcze mniej w przypadku plutonu), co oznacza, że muszą być produkowane. Jest to kosztowny i czasochłonny proces i stanowi główną przeszkodę w swobodnej budowie bomb atomowych.
CZYTAJ DALEJ: Jaka jest różnica między bombą wodorową a bombą atomową?
martwy za dnia bawiąc się z przyjaciółmi
W nowoczesnych wybuchach nuklearnych podmuch uderza do wewnątrz, zmuszając atomy w dole do siebie. Po osiągnięciu masy krytycznej neutrony są wykorzystywane do wytworzenia łańcuchowej reakcji rozszczepienia, która z kolei powoduje eksplozję atomową. Broń termojądrowa wykorzystuje energię wybuchu rozszczepienia do łączenia izotopów wodoru, tworząc kulę ognia, która zbliża się do temperatury tak gorącej jak słońce.
