Globalna nuklearna prijetnja pojačala se posljednjih mjeseci nakon tvrdnji da Sjeverna Koreja gradi nuklearno oružje i prijetnje predsjednika Donalda Trumpa protiv opasnog vođe zemlje. Eskalirajuće napetosti čak su uzrokovale pomicanje sata sudnjeg dana bliže ponoći.
Međutim, unatoč svom potencijalu da uništi svijet i ugrozi samo naše postojanje, nuklearna energija također ima potencijal riješiti hitne potrebe planete za snagom.
Posljednjih godina mnoštvo privatnih tvrtki uskače u istraživački krug, zbog napretka tehnologije i našeg razumijevanja stvari poput superprovodnika. Google se nedavno udružio sa stručnjacima za nuklearnu fuziju kako bi razvili algoritam za rješavanje složenih energetskih problema, a MIT je nedavno rekao da bi nuklearna fuzija mogla biti u mreži za samo 15 godina.
U novije vrijeme znanstvenici vjeruju da su možda otključali jednu od misterija nuklearne fuzije gledajući eksplodirajuće zvijezde. Tim izSkupina Centra za laserska eksperimentalna astrofizička istraživanja Sveučilišta u Michiganu istražila je kako toplina igra ulogu u načinu miješanja materijala tijekom supernova - svjetlosne točke stvorene kad zvijezda završi svoj život i eksplodira. Te eksplozije odašilju ogromne količine energije, u nekim slučajevima više nego što će je naše vlastito sunce izdati tijekom cijelog svog života.
Uloga topline u takvim reakcijama fuzije u svemiru uglavnom je zanemarena, a znanstvenici pokušavaju oponašati takve reakcije na Zemlji kako bi pomogli u probijanju nuklearne energije. Miješajući različite plazme s različitim elementima, uključujući željezo, ugljik helij i vodik u laboratorijskim uvjetima, istraživači su uspjeli utvrditi da fluksovi energije uzrokuju rast i pad topline, što ima značajan utjecaj na to kako se elementi miješaju s plazme. To se nije razmatralo na ovaj način u prethodnim eksperimentima i konačno bi moglo imati ključ za stvaranje održivije nuklearne fuzije na Zemlji. Istraživanje je objavljeno u Prirodne komunikacije.
Što je nuklearna energija?
Iako nuklearna energija može ljudima pružiti gotovo neograničenu energiju, fizika koja stoji iza nuklearne energije uključuje interakcije između nekih najsitnijih čestica koje se mogu zamisliti. U središtu svakog atoma u svemiru nalazi se sićušna zbirka protona i neutrona koja se naziva jezgra. Broj protona i neutrona u jezgri određuje koji je element atom, a jezgra čini većinu mase tog atoma.
Unutar jezgre, protoni i neutroni povezani su zajedno s jednom od četiri temeljne sile u fizici koja se naziva jaka sila. Kao što joj samo ime govori, jaka sila je najjača od sve četiri, ali djeluje samo na malim udaljenostima - poput onih unutar jezgre. Ostali jesugravitacijski, elektromagnetski i slabi. Ovaj video opisuje razlike i kako one utječu na nas:
Atomi su uglavnom prazan prostor. Da je atom veličine nogometnog stadiona, jezgra bi bila približno veličine muhe u sredini. Drugi dio atoma su elektroni oblaka koji kruže oko jezgre atoma, ali jaka sila se ne odnosi na elektrone. Umjesto toga, vezane su elektromagnetskim silama, jer imaju negativan naboj, dok je jezgra pozitivno nabijena.
Općenito govoreći, nuklearna fizika uključuje stvaranje ili razbijanje jezgre. Oboje su procesi kroz koje se gubi sićušna masa, a oni oslobađaju ogromne količine energije.
Zašto je nuklearna energija toliko važna?
Od pedesetih godina prošlog stoljeća fizičari pokušavaju oponašati proces koji pokreće Sunce kontrolirajući fuziju atoma vodika u helij. Ključ za iskorištavanje ove snage je zadržavanje ultra vrućih kuglica plinovitog vodika zvanih plazma dok se količina energije koja izlazi iz reakcija fuzije ne izjednači s većom nego što je unesena. To je ono što energetski stručnjaci nazivaju besparicom i, ako može ako se postigne, predstavljao bi tehnološki proboj i mogao bi pružiti neograničen i bogat izvor energije bez ugljika.
Vjerojatno će vam biti poznata Einsteinova najpoznatija jednadžba, E = mc ^ 2. To navodi da je količina energije koja se oslobodi kada se izgubi mali dio mase jednaka toj masi pomnoženoj s brzinom svjetlosti na kvadrat. Brzina svjetlosti je prilično velik broj.
Pogledajte povezane ruske plutajuće nuklearne elektrane Černobil upravo je isplovilo Faraday Challenge: Vlada će uložiti 246 milijuna funti kako bi Velika Britanija postala lider u tehnologiji baterija Karta nuklearne bombe otkriva koliko je vjerojatno da ćete preživjeti nuklearni napad Što je Trident? Ujedinjeno Kraljevstvo za nuklearno odvraćanje objasnilo je katastrofe u Černobilu i Fukušimi: Što se događa sa zonama nuklearne isključenosti kad ljudi odu?
Najmanja jezgra bilo kojeg elementa sastoji se od samo jednog protona koji se nalazi u atomima vodika. Vodik, uz helij, litij i berilij su najlakši elementi u svemiru, što znači da za njihovo stvaranje nije potrebno puno energije. Ovi svjetlosni elementi nastali su na samom početku svemira, kada je bio star oko tri minute i dovoljno hladan da se protoni i neutroni mogu povezati. To je jedan od razloga zašto se vodikova plazma smatra najboljim izvorom izvlačenja nuklearne energije na Zemlji.
Nakon ova prva četiri elementa, svemir je udario u zid. Trebalo je više energije za sljedećih 88 elemenata u periodnom sustavu, kako bi se prevladali protoni koji se međusobno odbijaju svojim pozitivnim nabojima, i za to nuklearna fuzija mora nastupiti.
Pa što je nuklearna fuzija?
Gotovo sve oko nas stvoreno je unutar zvijezde. Zvijezde započinju s vodikom koji zajedno stisnu u helij. Ovaj se proces nastavlja, oslobađajući energiju i zagrijavajući zvijezdu.
Znanstvenicima i timovima se sviđa ova reakcija, koja koristi vodik kao gorivoTAE tehnologijepokušavaju oponašati kako bi postigli nuklearnu fuzijsku moć. Kad se stape jezgre deuterija i tricija - koje se mogu naći u vodiku - tvore jezgru helija, neutron i puno energije.
kako ukloniti graditi s kodi -
Budući da nuklearna fuzija zahtijeva ogromne količine energije da bi reakcije započele, pokazalo se da je taj proces teško kopirati na Zemlji. Potrebni su neizmjerni pritisak i temperature od oko 150 milijuna stupnjeva da bi se atomi spojili u fuzijskom reaktoru.
Kad zvijezdi veličine sunčeve jezgre ponestane vodika (izvora goriva), ona počinje umirati. Umiruća zvijezda širi se u crvenog diva i počinje stvarati atome ugljika stapanjem atoma helija. Veće zvijezde mogu stvoriti teže elemente, od kisika do željeza, u daljnjem nizu nuklearnih sagorijevanja. Sve što je teže od željeza stvara se u supernovi, divovskoj eksploziji na kraju života masivne zvijezde.
Kako se nuklearna fuzija odnosi na nuklearnu fisiju?
Nuklearna energija, kakvu poznajemo na Zemlji, koristi drugačiju nuklearnu reakciju, koja se naziva fisija.
Kad se elementi počnu širiti, poput urana ili plutonija, s više protona i neutrona upakiranih unutar jezgre, moguće ih je razbiti na manje elemente udarajući ih neutronima. To također rezultira promjenom mase, oslobađanjem ogromnih količina energije.
Problem leži u takozvanim produktima reakcija. Te su tvari visoko radioaktivne, što ih čini nevjerojatno opasnima, a ovo je najznačajnija mana nuklearne energije.
S radioaktivnim otpadom mora se postupati nevjerojatno pažljivo, a najbolji način na koji se trenutno možemo riješiti jest zakopavanje duboko pod zemlju. Ali nuklearne reaktore čini opasnim mjestima, a katastrofe u kojima je procurio radioaktivni otpad izazvale su strašne posljedice, poput katastrofe u Černobilu 1986. i Fukušime.
Koje tvrtke rade na nuklearnoj fuziji?
S
Surađujući s privatnom tvrtkom Commonwealth Fusion Systems, istraživači s MIT-a nedavno su osmislili novu generaciju fuzijskih eksperimenata i elektrana koje koriste visokotemperaturne supravodiče. Iako još uvijek nije realizirano, cilj partnerstva je izgradnja kompaktnog uređaja nazvanog SPARC.
Jednom superprovodljivi elektromagneti za SPARC su razvijeni, a očekuje se da će biti u roku od sljedeće tri godine, SPARC će ih koristiti za proizvodnju fuzijske snage od 100 milijuna vata ili 100 megavata (MW). Iako toplinu neće pretvoriti u električnu energiju, proizvest će onoliko energije koliko je koristi mali grad - više nego dvostruko od one koja se koristi za zagrijavanje plazme, što u konačnici prvi put stvara pozitivnu neto energiju iz fuzije. Ako uspije, ovo bi moglo pomoći u stvaranju prototipa fuzijske elektrane u punoj veličini i dovesti svijet na put nuklearne fuzije za samo 15 godina.
Ovo istraživanje slijedi iz posla koji rade Google i GoogleTAE tehnologije, koja sebe naziva najvećom svjetskom privatnom fuzijskom tvrtkom, i svojim divovskim strojem za joniziranu plazmu C2-U. Google je izgradio algoritam dizajniran da ubrza eksperimente u fizici plazme, a krajnji cilj Tri Alpha Energy-a, slično CFS-u, je izgradnja prve komercijalne elektrane temeljene na fuziji. Što brže može dovršiti eksperimente, to brže i jeftinije može postići taj cilj i pomaknuti svijet prema održivijem, čistijem izvoru energije.
PROČITAJTE DALJE: Preživjeli nuklearni napad
Pojačano istraživanje nuklearne fuzije u privatnom sektoru odražava ogromnu nagradu - bogat, ekološki odgovoran i siguran novi način proizvodnje električne energije, profesor Ian Chapman, izvršni direktor Uprave za atomsku energiju Ujedinjenog Kraljevstva rekao je .
Da bi se mogli izvesti eksperimenti ove vrste, plazma - ultra vruće kuglice plina - moraju biti zatvorene dulje vrijeme.TAE tehnologijeograničava ove plazme metodom tzv terenski obrnuta konfiguracija za koju se predviđa da će s porastom energije postati stabilnija, za razliku od drugih metoda kod kojih je plazmu teže kontrolirati dok je zagrijavate.
TAE Technologies ’C-2U pomiče ove eksperimente do granice koliko se električne energije može primijeniti za stvaranje i zadržavanje plazme u tako malom prostoru u tako kratkom vremenu. Optimizacija njegovih postavki (uređaj ima više od 1.000 gumba) i upravljanje ponašanjem plazme složen je problem i tu dolazi do Googleovog algoritma optometrista.
Kao Googleov stariji softverski inženjer Ted Baltz objašnjava , stroj C-2U izvodi plazmu svakih osam minuta, a svaka obrada uključuje stvaranje dva rotacijska plamena u vakuumu C-2U. Te se mrlje međusobno razbijaju brzinom većom od 600 000 milja na sat kako bi se stvorila veća, vruća, vrtljiva kuglica plazme.
PROČITAJTE DALJE: Što je algoritam ?
Zatim se kuglica plazme neprestano udara snopovima čestica od neutralnih atoma vodika kako bi se nastavilo vrtjeti. Magnetska polja drže kuglu koja se vrti čak 10 milisekundi. Googleova algoritam uzima sve parametre od broja postavki do kvalitete vakuuma i stabilnosti elektrona kako bi ljudskim fizičarima predstavio rješenja.
Kako djeluju nuklearne bombe?
SAD je prva zemlja koja je razvila nuklearno oružje, a slijedila ga je Rusija 1949. Od 2016. procjenjuje se da SAD ima oko 7 000 nuklearnih bojevih glava, uključujući umirovljeno, uskladišteno i raspoređeno oružje. Kaže se da Rusija ima oko 7.300 bojnih glava, Francuska oko 300, a Velika Britanija 215. Sjeverna Koreja, koja se smatra jednom od najznačajnijih nuklearnih prijetnji modernog doba, ima nepoznat broj uređaja, iako se prema procjenama taj broj kreće oko 10 .
Svo nuklearno oružje koristi fisiju za stvaranje svojih razornih eksplozija. Rano oružje, uključujući Dječačića bačenog na Hirošimu tijekom Drugog svjetskog rata, stvorilo je kritičnu masu potrebnu da pokrene lančanu reakciju fisijeispaljivanje šupljeg cilindra urana-235 na metu izrađenu od istog materijala.
ČITAJ VIŠE: Što je vodikova bomba?
Ova je tehnika napredovala posljednjih godina i u suvremenom oružju kritična masa ovisi o gustoći materijala. To oružje detonira kemijski eksploziv oko takozvane jame urana-235 ili plutonija-239 metala. Ti su izotopi najčešći elementi koji mogu proći kroz fisiju. Uran i plutonij nalaze se prirodno u ležištima minerala, iako u malim količinama (manje od 1% u slučaju urana, a još manje za plutonij), što znači da ih treba proizvesti. Ovo je skup i dugotrajan proces i glavna je prepreka za slobodniju izgradnju nuklearnih bombi.
PROČITAJTE DALJE: Koja je razlika između vodikove bombe i atomske bombe?
kako očistiti predmemoriju na vatrenom stilu
U modernim nuklearnim eksplozijama eksplozija puše prema unutra, prisiljavajući atome u jami zajedno. Jednom kada se postigne kritična masa, neutroni se koriste za stvaranje lančane fisione reakcije koja, pak, stvara atomsku eksploziju. Termonuklearno fuzijsko oružje koristi energiju od eksplozije fisije da bi zajedno natjeralo izotope vodika stvarajući vatrenu kuglu koja se približava temperaturama vrućim poput sunca.
