Polje fizike plazme je procvjetalo iz želje za flaširanjem zvijezde. U proteklih nekoliko decenija, ovo polje je raslo u bezbroj pravaca, od astrofizike preko svemirskog vremena do nanotehnologije.

Kako je naše opšte razumevanje plazme raslo, tako je rasla i naša sposobnost da održavamo uslove fuzije duže od jedne sekunde. Ranije ove godine, novi supravodljivi fuzijski reaktor u Kini bio je u stanju da zadrži plazmu na 50 miliona stepeni Celzijusa za rekordne 102 sekunde. Očekuje se da će Wendelstein X-7 Stellarator, koji je prošle jeseni prvi put pušten u rad u Njemačkoj, oboriti taj rekord i zadržati plazmu do 30 minuta u isto vrijeme.

Nedavno ažuriranje NSTX-U izgleda skromno u poređenju sa ovim čudovištima: eksperiment sada može zadržati plazmu pet sekundi umjesto jedne. Ali ovo je takođe važna prekretnica.

„Stvaranje fuzione plazme koja živi samo pet sekundi možda ne izgleda kao dug proces, ali u fizici plazme, pet sekundi se može uporediti sa njenom fizikom u stabilnom stanju“, kaže Myers, govoreći o uslovima pod kojima plazma je stabilan. Konačni cilj je postizanje stabilnog stanja "zapaljene plazme" koja može sama provesti fuziju uz mali unos energije izvana. Nijedan eksperiment to još nije postigao.

NSTX-U će omogućiti istraživačima s Princetona da popune neke od praznina između onoga što je sada poznato iz fizike plazme i onoga što će biti potrebno da se stvori pilot postrojenje sposobno za postizanje stabilnog sagorijevanja i proizvodnju čiste električne energije.

S jedne strane, da bismo pronašli najbolje materijale za zaštitu, moramo bolje razumjeti šta se dešava između fuzione plazme i zidova reaktora. Princeton istražuje mogućnost zamjene zidova svog reaktora (napravljenog od ugljičnog grafita) sa "zidom" od tekućeg litijuma kako bi se smanjila dugotrajna korozija.

Osim toga, naučnici vjeruju da ako fuzija pomaže u borbi protiv globalnog zagrijavanja, moraju požuriti. NSTX-U će pomoći fizičarima da odluče da li da nastave sa razvojem sfernog dizajna tokamaka. Većina reaktora tipa tokamak je manje poput jabuke u obliku, a više poput krofne, bagela ili torusa. Neobičan oblik sfernog torusa omogućava efikasnije korištenje magnetskog polja njegovih zavojnica.

“Dugoročno, željeli bismo da shvatimo kako optimizirati konfiguraciju jedne od ovih mašina,” kaže Martin Greenwald, pomoćnik direktora Centra za plazmu i fuzijske nauke u . „Da biste to učinili, morate znati kako performanse mašine zavise od nečega što možete kontrolisati, kao što je oblik.”

Myers mrzi suditi koliko smo daleko od komercijalno moguće snage fuzije, i može se razumjeti. Na kraju krajeva, decenije neizbežnog optimizma nanele su ozbiljnu štetu reputaciji ove oblasti i učvrstile ideju da je sinteza goli san. Sa svim finansijskim implikacijama.

Bio je veliki udarac MIT-ovom programu fuzije što su federalci pružili podršku za Alcator C-Mid tokamak, koji proizvodi jedno od najmoćnijih magnetnih polja i demonstrira fuzijsku plazmu pri najvećem pritisku. Većina NSTX-U istraživanja na čekanju ovisit će o kontinuiranoj saveznoj podršci, za koju Myers kaže da dolazi "za godinu dana".

Svi moraju paziti na trošenje svojih istraživačkih dolara, a neki programi fuzije već su progutali nevjerovatne sume. Uzmimo, na primjer, ITER, veliki supravodljivi fuzijski reaktor koji se trenutno gradi u Francuskoj. Kada je međunarodna saradnja počela 2005. godine, najavljena je kao 10-godišnji projekat vredan 5 milijardi dolara. Nakon nekoliko godina neuspjeha, cijena je porasla na 40 milijardi dolara. Prema najoptimističnijim procjenama, objekat će biti završen do 2030. godine.

I tamo gdje će ITER vjerovatno nabubriti kao tumor sve dok ne ponestane resursa i ne ubije svog domaćina, MIT-ov skraćeni program fuzije pokazuje kako se to može učiniti uz mnogo manji budžet. Prošlog ljeta, tim diplomiranih studenata MIT-a otkrio je planove za ARC, jeftin fuzijski reaktor koji će koristiti nove visokotemperaturne supravodljive materijale za generiranje iste količine energije kao ITER, samo s mnogo manjim uređajem.

"Izazov za fuziju je pronalaženje tehničkog puta koji je čini ekonomski održivom, što je nešto što planiramo učiniti uskoro", kaže Greenwald, napominjući da ARC koncept trenutno provodi MIT-ova Energy Initiative. "Vjerujemo da ako će fuzija napraviti razliku u globalnom zagrijavanju, moramo se kretati brže."

"Fuzija obećava da će biti glavni izvor energije - to je, u stvari, naš krajnji cilj", kaže Robert Rosner, fizičar plazme na Univerzitetu u Čikagu i suosnivač Instituta za energetsku politiku na njemu. „Istovremeno, postoji važno pitanje: koliko smo sada spremni da potrošimo. Ako smanjimo finansiranje do te mjere da sljedeća generacija pametne djece to uopće ne želi raditi, mogli bismo se u potpunosti izvući iz toga."

9. jula 2016

Neki optimisti kažu da će inovativni projekti koji koriste moderne superprovodnike uskoro omogućiti kontroliranu termonuklearnu fuziju. Stručnjaci, međutim, predviđaju da će praktična primjena trajati nekoliko decenija.

Zašto je tako teško?

Energija fuzije se smatra potencijalnim izvorom energije za budućnost. Ovo je čista energija atoma. Ali šta je to i zašto je to tako teško postići? Za početak, moramo razumjeti razliku između klasične nuklearne fisije i termonuklearne fuzije.

Fisija atoma se sastoji u činjenici da se radioaktivni izotopi - uranijum ili plutonijum - cijepaju i pretvaraju u druge visoko radioaktivne izotope, koji se zatim moraju zakopati ili reciklirati.

Reakcija fuzije sastoji se u činjenici da se dva izotopa vodika - deuterij i tricij - spajaju u jednu cjelinu, stvarajući netoksični helij i jedan neutron, bez stvaranja radioaktivnog otpada.

Problem kontrole

Reakcije koje se odvijaju na Suncu ili u hidrogenskoj bombi su termonuklearna fuzija, a inženjeri se suočavaju sa zastrašujućim zadatkom - kako kontrolisati ovaj proces u elektrani?

Ovo je nešto na čemu naučnici rade od 1960-ih. Još jedan eksperimentalni fuzijski reaktor pod nazivom Wendelstein 7-X počeo je s radom u gradu Greifswaldu na sjeveru Njemačke. Još nije dizajniran da stvara reakciju - to je samo poseban dizajn koji se testira (stelarator umjesto tokamaka).

visokoenergetska plazma

Sve termonuklearne instalacije imaju zajedničku osobinu - prstenasti oblik. Zasnovan je na ideji korištenja moćnih elektromagneta za stvaranje jakog elektromagnetnog polja u obliku torusa - napuhane biciklističke cijevi.

Ovo elektromagnetno polje mora biti toliko gusto da kada se zagreje u mikrotalasnoj pećnici na milion stepeni Celzijusa, u samom centru prstena mora da se pojavi plazma. Zatim se pali tako da može početi termonuklearna fuzija.

Demonstracija mogućnosti

U Evropi su trenutno u toku dva takva eksperimenta. Jedan od njih je Wendelstein 7-X, koji je nedavno generirao svoju prvu helijum plazmu. Drugi je ITER, ogromno eksperimentalno fuzijsko postrojenje na jugu Francuske koje je još u izgradnji i koje će biti spremno za rad 2023. godine.

Očekuje se da će se prave nuklearne reakcije odvijati na ITER-u, ali samo u kratkom vremenskom periodu i svakako ne dužem od 60 minuta. Ovaj reaktor je samo jedan od mnogih koraka na putu da nuklearnu fuziju postane stvarnost.

Fuzijski reaktor: manji i snažniji

Nedavno je nekoliko dizajnera najavilo novi dizajn reaktora. Prema riječima grupe studenata sa Massachusetts Institute of Technology, kao i predstavnika kompanije za oružje Lockheed Martin, fuzija se može izvesti u objektima koji su mnogo moćniji i manji od ITER-a, a spremni su to učiniti u roku od deset godine.

Ideja novog dizajna je korištenje modernih visokotemperaturnih supravodiča u elektromagnetima, koji svoja svojstva pokazuju kada se hlade tekućim dušikom, a ne konvencionalnih koji zahtijevaju tekući helijum. Nova, fleksibilnija tehnologija omogućit će potpunu promjenu dizajna reaktora.

Klaus Hesch, koji je zadužen za tehnologiju nuklearne fuzije na Tehnološkom institutu Karlsruhe u jugozapadnoj Njemačkoj, skeptičan je. Podržava upotrebu novih visokotemperaturnih supravodiča za nove dizajne reaktora. Ali, prema njegovim riječima, nije dovoljno razviti nešto na kompjuteru, uzimajući u obzir zakone fizike. Neophodno je uzeti u obzir izazove koji se javljaju prilikom sprovođenja ideje u delo.

Naučna fantastika

Prema Heshu, studentski model MIT-a pokazuje samo mogućnost projekta. Ali to je zapravo mnogo naučne fantastike. Projekat pretpostavlja da su riješeni ozbiljni tehnički problemi termonuklearne fuzije. Ali moderna nauka nema pojma kako ih riješiti.

Jedan od takvih problema je ideja sklopivih zavojnica. Elektromagneti se mogu rastaviti kako bi ušli u prsten koji drži plazmu u modelu MIT dizajna.

Ovo bi bilo vrlo korisno jer bi se moglo pristupiti objektima u internom sistemu i zamijeniti ih. Ali u stvarnosti, superprovodnici su napravljeni od keramičkog materijala. Stotine njih moraju biti isprepletene na sofisticiran način da bi se formiralo ispravno magnetno polje. I tu postoje fundamentalnije poteškoće: veze između njih nisu tako jednostavne kao veze bakrenih kablova. Niko nije ni smislio koncepte koji bi pomogli u rješavanju takvih problema.

prevruće

Problem predstavlja i visoka temperatura. U jezgru fuzione plazme, temperatura će dostići oko 150 miliona stepeni Celzijusa. Ova ekstremna toplota ostaje na mestu – tačno u centru jonizovanog gasa. Ali čak i oko njega i dalje je jako vruće - od 500 do 700 stepeni u zoni reaktora, što je unutrašnji sloj metalne cijevi u kojoj će se "reproducirati" tricij neophodan za nuklearnu fuziju.

Fuzijski reaktor ima još veći problem - takozvano oslobađanje snage. Ovo je dio sistema koji prima iskorišteno gorivo iz procesa fuzije, uglavnom helijum. Prve metalne komponente u koje ulazi vrući plin nazivaju se "divertor". Može se zagrijati do preko 2000°C.

Problem sa diverterom

Kako bi instalacija izdržala takve temperature, inženjeri pokušavaju koristiti metalni volfram koji se koristi u staromodnim žaruljama sa žarnom niti. Tačka topljenja volframa je oko 3000 stepeni. Ali postoje i druga ograničenja.

U ITER-u se to može učiniti, jer se zagrijavanje u njemu ne događa stalno. Pretpostavlja se da će reaktor raditi samo 1-3% vremena. Ali to nije opcija za elektranu koja treba da radi 24/7. I, ako neko tvrdi da može izgraditi manji reaktor iste snage kao ITER, slobodno se može reći da nema rješenje za problem divertera.

Elektrana za nekoliko decenija

Ipak, naučnici su optimistični u pogledu razvoja termonuklearnih reaktora, iako neće biti tako brz kako neki entuzijasti predviđaju.

ITER bi trebao pokazati da kontrolirana fuzija zapravo može proizvesti više energije nego što bi se potrošila na zagrijavanje plazme. Sljedeći korak je izgradnja potpuno nove hibridne demonstracijske elektrane koja zapravo proizvodi električnu energiju.

Inženjeri već rade na njegovom dizajnu. Morat će učiti od ITER-a, čije je pokretanje planirano 2023. S obzirom na vrijeme potrebno za projektovanje, planiranje i izgradnju, malo je vjerojatnim da će prva fuzijska elektrana biti puštena u pogon mnogo ranije od sredine 21. stoljeća.

Cold Fusion Rossi

U 2014., nezavisno testiranje reaktora E-Cat zaključilo je da je uređaj u prosjeku imao 2.800 vati izlazne snage u periodu od 32 dana uz potrošnju od 900 vati. Ovo je više nego što je bilo koja hemijska reakcija sposobna da izoluje. Rezultat govori ili o proboju u termonuklearnoj fuziji, ili o otvorenoj prijevari. Izveštaj je razočarao skeptike, koji sumnjaju da je test zaista nezavisan i sugerišu moguće falsifikovanje rezultata testa. Drugi su bili zauzeti otkrivanjem "tajnih sastojaka" koji omogućavaju Rossijevoj fuziji da replicira tehnologiju.

Rossi je prevarant?

Andrea je impozantna. On objavljuje proglase svijetu na jedinstvenom engleskom jeziku u dijelu za komentare na svojoj web stranici, pretenciozno nazvanoj Journal of Nuclear Physics. Ali njegovi prethodni neuspjeli pokušaji uključivali su talijanski projekat pretvaranja otpada u gorivo i termoelektrični generator. Petroldragon, projekat pretvaranja otpada u energiju, djelomično je propao jer ilegalno odlaganje otpada kontrolira italijanski organizirani kriminal, koji je protiv njega podnio krivičnu prijavu zbog kršenja propisa o upravljanju otpadom. Takođe je kreirao termoelektrični uređaj za Inženjerski korpus američke vojske, ali tokom testiranja, uređaj je proizveo samo delić deklarisane snage.

Mnogi ne vjeruju Rosiju, a glavni urednik New Energy Timesa otvoreno ga je nazvao kriminalcem iza kojeg stoji niz propalih energetskih projekata.

Independent Verification

Rossi je potpisao ugovor sa američkom kompanijom Industrial Heat za provođenje jednogodišnjeg tajnog ispitivanja postrojenja za hladnu fuziju od 1 MW. Uređaj je bio transportni kontejner upakovan sa desetinama E-Mačaka. Eksperiment je morala da kontroliše treća strana koja je mogla da potvrdi da se proizvodnja toplote zaista dešava. Rossi tvrdi da je veći dio prošle godine proveo praktično živeći u kontejneru i nadgledajući operacije više od 16 sati dnevno kako bi dokazao komercijalnu održivost E-Cata.

Test je završen u martu. Rossijeve pristalice željno su iščekivale izvještaj posmatrača, nadajući se oslobađajućoj presudi za svog heroja. Ali na kraju su bili tuženi.

Suđenje

U podnesku suda u Floridi, Rossi tvrdi da je test bio uspješan i da je nezavisni arbitar potvrdio da E-Cat reaktor proizvodi šest puta više energije nego što troši. Takođe je tvrdio da je Industrial Heat pristao da mu plati 100 miliona dolara - 11,5 miliona unapred nakon 24-satnog probnog perioda (navodno za prava na licenciranje kako bi kompanija mogla da proda tehnologiju u SAD) i još 89 miliona dolara nakon uspešnog završetka produžene probe. u roku od 350 dana. Rossi je optužio IH da vodi "prevarnu šemu" za krađu njegovog intelektualnog vlasništva. On je takođe optužio kompaniju za zloupotrebu reaktora E-Cat, nezakonito kopiranje inovativnih tehnologija i proizvoda, funkcionalnosti i dizajna i zloupotrebu patenta na njegovu intelektualnu svojinu.

Rudnik zlata

Na drugom mjestu, Rossi tvrdi da je u jednoj od svojih demonstracija IH dobio 50-60 miliona dolara od investitora i još 200 miliona dolara od Kine nakon reprize u kojoj su učestvovali najviši kineski zvaničnici. Ako je to tačno, onda je u igri mnogo više od sto miliona dolara. Industrial Heat je odbacio ove tvrdnje kao neosnovane i aktivno će se braniti. Što je još važnije, ona tvrdi da je "radila više od tri godine da potvrdi rezultate koje je Rossi navodno postigao svojom E-Cat tehnologijom, a sve bezuspješno".

IH ne vjeruje u E-Cat, a New Energy Times ne vidi razloga da sumnja u to. U junu 2011. predstavnik publikacije posjetio je Italiju, intervjuisao Rossija i snimio demonstraciju njegovog E-Cata. Dan kasnije, on je prijavio svoju ozbiljnu zabrinutost oko metode mjerenja toplotne snage. Nakon 6 dana, novinar je svoj video postavio na YouTube. Stručnjaci iz cijelog svijeta poslali su mu analize, koje su objavljene u julu. Postalo je jasno da se radi o prevari.

Eksperimentalna potvrda

Ipak, brojni istraživači - Aleksandar Parhomov sa Univerziteta prijateljstva naroda Rusije i Memorijalni projekat Martina Fleishmana (MFPM) - uspjeli su ponoviti rusku hladnu fuziju. Izvještaj MFPM-a nosio je naziv "Bliži se kraj ugljične ere". Razlog za takvo divljenje bilo je otkriće praska gama zračenja, koje se ne može objasniti drugačije osim termonuklearnom reakcijom. Prema istraživačima, Rossi ima upravo ono o čemu govori.

Održiv otvoreni recept za hladnu fuziju mogao bi izazvati energetsku zlatnu groznicu. Mogu se pronaći alternativne metode koje bi zaobišle ​​Rossijeve patente i spriječile ga da se upusti u energetski biznis vrijedan više milijardi dolara.

Stoga bi Rossi možda radije izbjegao ovu potvrdu.

Sa fizičke tačke gledišta, problem je jednostavno formulisan. Da bi došlo do samoodržive reakcije nuklearne fuzije, neophodno je i dovoljno da se zadovolje dva uslova.

1. Energija jezgara koja učestvuju u reakciji mora biti najmanje 10 keV. Da bi nuklearna fuzija započela, jezgra koja učestvuju u reakciji moraju pasti u polje nuklearnih sila čiji je polumjer 10-12-10-13 s.cm. Međutim, atomska jezgra imaju pozitivan električni naboj, i slični naboji se međusobno odbijaju. Na granici djelovanja nuklearnih sila, energija Kulonove odbijanja je oko 10 keV. Da bi se savladala ova barijera, jezgra u sudaru moraju imati kinetičku energiju barem ne manju od ove vrijednosti.

2. Proizvod koncentracije reagujućih jezgara i vremena zadržavanja tokom kojeg zadržavaju naznačenu energiju mora biti najmanje 1014 s.cm-3. Ovaj uslov - takozvani Losonov kriterijum - određuje granicu energetske isplativosti reakcije. Da bi energija oslobođena u reakciji fuzije barem pokrila energetske troškove iniciranja reakcije, atomska jezgra moraju proći mnoge sudare. U svakom sudaru u kojem dolazi do reakcije fuzije između deuterija (D) i tritijuma (T), oslobađa se 17,6 MeV energije, tj. otprilike 3,10-12 J. Ako se, na primjer, 10 MJ energije potroši na paljenje, tada se reakcija će biti rentabilna ako u njoj učestvuje najmanje 3.1018 DT parova. A za to se prilično gusta visokoenergetska plazma mora držati u reaktoru dugo vremena. Ovaj uslov je izražen Losonovim kriterijumom.

Ako se oba zahtjeva mogu ispuniti istovremeno, problem kontrolirane termonuklearne fuzije će biti riješen.

Međutim, tehnička implementacija ovog fizičkog problema suočava se sa ogromnim poteškoćama. Na kraju krajeva, energija od 10 keV je temperatura od 100 miliona stepeni. Supstanca na takvoj temperaturi može se zadržati čak i djeliće sekunde samo u vakuumu, izolacijom od zidova instalacije.

Ali postoji još jedna metoda za rješavanje ovog problema - hladna fuzija. Što je hladna fuzija - ovo je analog "vruće" termonuklearne reakcije koja se odvija na sobnoj temperaturi.

U prirodi postoje najmanje dva načina promjene materije unutar jedne dimenzije kontinuuma. Možete prokuvati vodu na vatri, tj. termički, ili u mikrotalasnoj pećnici, tj. frekvencija. Rezultat je isti - voda proključa, jedina razlika je što je frekventni metod brži. Također koristi postizanje ultra-visoke temperature da podijeli jezgro atoma. Termička metoda daje nekontrolisanu nuklearnu reakciju. Energija hladne fuzije je energija prelaznog stanja. Jedan od glavnih uslova za projektovanje reaktora za izvođenje reakcije hladne fuzije je stanje njegovog piramidalno-kristalnog oblika. Drugi važan uslov je prisustvo rotirajućih magnetnih i torzijskih polja. Ukrštanje polja se dešava u tački nestabilne ravnoteže jezgra vodonika.

Naučnici Ruzi Taleiarkhan iz Oak Ridge National Laboratory, Richard Leikhi sa Politehničkog univerziteta. Renssilira i akademik Robert Nigmatulin - snimili su hladnu termonuklearnu reakciju u laboratoriji.

Grupa je koristila čašu tečnog acetona veličine dvije do tri čaše. Zvučni talasi su se intenzivno prenosili kroz tečnost, stvarajući efekat poznat u fizici kao akustična kavitacija, čija je posledica sonoluminiscencija. Tokom kavitacije u tečnosti su se pojavili mali mehurići koji su se povećali na dva milimetra u prečniku i eksplodirali. Eksplozije su bile praćene bljeskovima svjetlosti i oslobađanjem energije, tj. temperatura unutar mjehurića u trenutku eksplozije dostigla je 10 miliona stepeni Kelvina, a oslobođena energija, prema eksperimentatorima, dovoljna je za izvođenje termonuklearne fuzije.

"Tehnički" suština reakcije leži u činjenici da se kao rezultat kombinacije dva atoma deuterija formira treći - izotop vodika, poznat kao tricij, i neutron, koji se odlikuje ogromnom količinom energije. .

3.1 Ekonomski problemi

Prilikom kreiranja TCB-a, pretpostavlja se da će to biti velika instalacija opremljena moćnim računarima. Bit će to cijeli mali grad. Ali u slučaju nesreće ili kvara opreme, rad stanice će biti poremećen.

Ovo nije predviđeno, na primjer, u modernim projektima NEK. Vjeruje se da je glavna stvar izgraditi ih, a šta se dalje događa nije važno.

Ali u slučaju kvara 1 stanice, mnogi gradovi će ostati bez struje. To se može vidjeti na primjeru nuklearne elektrane u Jermeniji. Uklanjanje radioaktivnog otpada postalo je veoma skupo. Na zahtjev zelene nuklearne elektrane je zatvorena. Stanovništvo je ostalo bez struje, oprema elektrane je dotrajala, a novac koji su međunarodne organizacije izdvojile za restauraciju je bačen.

Ozbiljan ekonomski problem je dekontaminacija napuštenih industrija u kojima se prerađivao uranijum. Na primjer, "grad Aktau ima svoj mali" Černobil ". Nalazi se na teritoriji hemijsko-hidrometalurške tvornice (HGMZ). Pozadinsko zračenje gama zraka u radnji za preradu uranijuma (HMC) na nekim mjestima dopire do 11.000 mikrorentgena na sat, prosječan nivo pozadine je 200 mikrorentgena (Uobičajena prirodna pozadina je od 10 do 25 mikrorentgena na sat. Nakon gašenja postrojenja, dekontaminacija ovdje uopće nije vršena. Značajan dio opreme, oko petnaest hiljada tona, već ima neuklonjivu radioaktivnost, a pritom se takvi opasni predmeti čuvaju na otvorenom, slabo čuvani i stalno se odvoze sa teritorije HGMZ-a.

Dakle, pošto nema vječnih proizvodnje, u vezi sa pojavom novih tehnologija, TCB se može zatvoriti i tada će predmeti, metali iz preduzeća ući na tržište i stradati lokalno stanovništvo.

Voda će se koristiti u sistemu hlađenja TCB. No, prema ekolozima, ako uzmemo statistiku o nuklearnim elektranama, voda iz ovih rezervoara nije pogodna za piće.

Prema riječima stručnjaka, rezervoar je pun teških metala (posebno torija-232), a na nekim mjestima nivo gama zračenja dostiže 50 - 60 mikrorentgena na sat.

Odnosno, sada, prilikom izgradnje nuklearnih elektrana, nisu obezbijeđena sredstva koja bi to područje vratila u prvobitno stanje. A nakon zatvaranja preduzeća, niko ne zna kako da zakopa nagomilani otpad i očisti nekadašnje preduzeće.

3.2 Medicinski problemi

Štetni efekti CTS-a uključuju proizvodnju mutanata virusa i bakterija koje proizvode štetne tvari. To se posebno odnosi na viruse i bakterije u ljudskom tijelu. Pojava malignih tumora i karcinoma najvjerovatnije će biti uobičajena bolest stanovnika sela u blizini TCB-a. Stanovnici uvijek više pate jer nemaju sredstva zaštite. Dozimetri su skupi, a lijekovi nisu dostupni. Otpad iz TCF-a će se bacati u rijeke, ispuštati u zrak ili pumpati u podzemne slojeve, što se sada događa u nuklearnim elektranama.

Pored oštećenja do kojih dolazi ubrzo nakon izlaganja visokim dozama, jonizujuće zračenje uzrokuje dugotrajne posljedice. U osnovi, karcinogeneza i genetski poremećaji koji se mogu javiti pri bilo kojoj dozi i vrsti izlaganja (jednokratna, kronična, lokalna).

Prema izvještajima ljekara koji su registrovali bolesti radnika nuklearnih elektrana, prvo su kardiovaskularne bolesti (srčani udari), a zatim rak. Srčani mišić postaje tanji pod uticajem zračenja, postaje mlohav, manje izdržljiv. Postoje prilično neshvatljive bolesti. Na primjer, zatajenje jetre. Ali zašto se to dešava, niko od lekara još uvek ne zna. Ukoliko radioaktivne supstance dospeju u respiratorni trakt tokom nesreće, lekari izrezuju oštećena tkiva pluća i dušnika, a osoba sa invaliditetom hoda sa prenosivim uređajem za disanje.

4. Zaključak

Čovječanstvu je potrebna energija, a potreba za njom se povećava svake godine. Istovremeno, rezerve tradicionalnih prirodnih goriva (nafta, ugalj, gas, itd.) su ograničene. Postoje i ograničene rezerve nuklearnog goriva - uranijuma i torija, iz kojih se plutonijum može dobiti u reaktorima za razmnožavanje. Rezerve termonuklearnog goriva - vodonika - su praktično neiscrpne.

Godine 1991. po prvi put je bilo moguće dobiti značajnu količinu energije - otprilike 1,7 miliona vati kao rezultat kontrolirane nuklearne fuzije u Zajedničkoj europskoj laboratoriji (Torus). U decembru 1993. istraživači sa Univerziteta Princeton koristili su fuzijski reaktor tipa tokamak za proizvodnju kontrolirane nuklearne reakcije, a oslobođena energija iznosila je 5,6 miliona vati. Međutim, i reaktor tipa tokamak i laboratorij Torus potrošili su više energije nego što je primljeno.

Ako proizvodnja energije nuklearne fuzije postane praktično pristupačna, to će osigurati neograničen izvor goriva.

5. Reference

1) Časopis "New Look" (Fizika; Za buduću elitu).

2) Udžbenik fizike 11. razred.

3) Akademija energetike (analitika; ideje; projekti).

4) Ljudi i atomi (William Lawrence).

5) Elementi univerzuma (Seaborg i Valens).

6) Sovjetski enciklopedijski rečnik.

7) Encarta Encyclopedia 96.

8) Astronomija - http://www.college.ru./astronomy.

Neki optimisti kažu da će inovativni projekti koji koriste moderne superprovodnike uskoro omogućiti kontroliranu termonuklearnu fuziju. Stručnjaci, međutim, predviđaju da će praktična primjena trajati nekoliko decenija.

Zašto je tako teško?

Energija fuzije se smatra potencijalnim izvorom.To je čista energija atoma. Ali šta je to i zašto je to tako teško postići? Prvo morate razumjeti razliku između klasične i termonuklearne fuzije.

Fisija atoma se sastoji u činjenici da se radioaktivni izotopi - uranijum ili plutonijum - cijepaju i pretvaraju u druge visoko radioaktivne izotope, koji se zatim moraju zakopati ili reciklirati.

Sinteza se sastoji u činjenici da se dva izotopa vodika - deuterij i tricij - spajaju u jednu cjelinu, formirajući netoksični helij i jedan neutron, bez stvaranja radioaktivnog otpada.

Problem kontrole

Reakcije koje se odvijaju na Suncu ili u hidrogenskoj bombi su termonuklearna fuzija, a inženjeri se suočavaju sa zastrašujućim zadatkom - kako kontrolisati ovaj proces u elektrani?

Ovo je nešto na čemu naučnici rade od 1960-ih. Još jedan eksperimentalni fuzijski reaktor pod nazivom Wendelstein 7-X počeo je s radom u gradu Greifswaldu na sjeveru Njemačke. Još nije dizajniran da stvara reakciju - to je samo poseban dizajn koji se testira (stelarator umjesto tokamaka).

visokoenergetska plazma

Sve termonuklearne instalacije imaju zajedničku osobinu - prstenasti oblik. Zasnovan je na ideji korištenja moćnih elektromagneta za stvaranje jakog elektromagnetnog polja u obliku torusa - napuhane biciklističke cijevi.

Ovo elektromagnetno polje mora biti toliko gusto da kada se zagreje u mikrotalasnoj pećnici na milion stepeni Celzijusa, u samom centru prstena mora da se pojavi plazma. Zatim se pali tako da može početi termonuklearna fuzija.

Demonstracija mogućnosti

U Evropi su trenutno u toku dva takva eksperimenta. Jedan od njih je Wendelstein 7-X, koji je nedavno generirao svoju prvu helijum plazmu. Drugi je ITER, ogromno eksperimentalno fuzijsko postrojenje na jugu Francuske koje je još u izgradnji i koje će biti spremno za rad 2023. godine.

Očekuje se da će se prave nuklearne reakcije odvijati na ITER-u, ali samo u kratkom vremenskom periodu i svakako ne dužem od 60 minuta. Ovaj reaktor je samo jedan od mnogih koraka na putu da nuklearnu fuziju postane stvarnost.

Fuzijski reaktor: manji i snažniji

Nedavno je nekoliko dizajnera najavilo novi dizajn reaktora. Prema riječima grupe studenata sa Massachusetts Institute of Technology, kao i predstavnika kompanije za oružje Lockheed Martin, fuzija se može izvesti u objektima koji su mnogo moćniji i manji od ITER-a, a spremni su to učiniti u roku od deset godine.

Ideja novog dizajna je korištenje modernih visokotemperaturnih supraprovodnika u elektromagnetima, koji svoja svojstva pokazuju kada se hlade tekućim dušikom, a ne konvencionalnih, za koje je potrebna nova, fleksibilnija tehnologija koja će u potpunosti promijeniti dizajn uređaja. reaktor.

Klaus Hesch, koji je zadužen za tehnologiju na Tehnološkom institutu Karlsruhe u jugozapadnoj Njemačkoj, skeptičan je. Podržava upotrebu novih visokotemperaturnih supravodiča za nove dizajne reaktora. Ali, prema njegovim riječima, nije dovoljno razviti nešto na kompjuteru, uzimajući u obzir zakone fizike. Neophodno je uzeti u obzir izazove koji se javljaju prilikom sprovođenja ideje u delo.

Naučna fantastika

Prema Heshu, studentski model MIT-a pokazuje samo mogućnost projekta. Ali to je zapravo mnogo naučne fantastike. Projekat pretpostavlja da su riješeni ozbiljni tehnički problemi termonuklearne fuzije. Ali moderna nauka nema pojma kako ih riješiti.

Jedan od takvih problema je ideja sklopivih zavojnica. Elektromagneti se mogu rastaviti kako bi ušli u prsten koji drži plazmu u modelu MIT dizajna.

Ovo bi bilo vrlo korisno jer bi se moglo pristupiti objektima u internom sistemu i zamijeniti ih. Ali u stvarnosti, superprovodnici su napravljeni od keramičkog materijala. Stotine njih moraju biti isprepletene na sofisticiran način da bi se formiralo ispravno magnetno polje. I tu postoje fundamentalnije poteškoće: veze između njih nisu tako jednostavne kao veze bakrenih kablova. Niko nije ni smislio koncepte koji bi pomogli u rješavanju takvih problema.

prevruće

Problem predstavlja i visoka temperatura. U jezgru fuzione plazme, temperatura će dostići oko 150 miliona stepeni Celzijusa. Ova ekstremna toplota ostaje na mestu – tačno u centru jonizovanog gasa. Ali čak i oko njega i dalje je jako vruće - od 500 do 700 stepeni u zoni reaktora, što je unutrašnji sloj metalne cijevi u kojoj će se "reproducirati" tricij neophodan za nuklearnu fuziju.

Ima još veći problem - takozvano oslobađanje snage. Ovo je dio sistema koji prima iskorišteno gorivo iz procesa fuzije, uglavnom helijum. Prve metalne komponente u koje ulazi vrući plin nazivaju se "divertor". Može se zagrijati do preko 2000°C.

Problem sa diverterom

Kako bi instalacija izdržala takve temperature, inženjeri pokušavaju koristiti metalni volfram koji se koristi u staromodnim žaruljama sa žarnom niti. Tačka topljenja volframa je oko 3000 stepeni. Ali postoje i druga ograničenja.

U ITER-u se to može učiniti, jer se zagrijavanje u njemu ne događa stalno. Pretpostavlja se da će reaktor raditi samo 1-3% vremena. Ali to nije opcija za elektranu koja treba da radi 24/7. I, ako neko tvrdi da može izgraditi manji reaktor iste snage kao ITER, slobodno se može reći da nema rješenje za problem divertera.

Elektrana za nekoliko decenija

Ipak, naučnici su optimistični u pogledu razvoja termonuklearnih reaktora, iako neće biti tako brz kako neki entuzijasti predviđaju.

ITER bi trebao pokazati da kontrolirana fuzija zapravo može proizvesti više energije nego što bi se potrošila na zagrijavanje plazme. Sljedeći korak je izgradnja potpuno nove hibridne demonstracijske elektrane koja zapravo proizvodi električnu energiju.

Inženjeri već rade na njegovom dizajnu. Morat će učiti od ITER-a, čije je pokretanje planirano 2023. S obzirom na vrijeme potrebno za projektovanje, planiranje i izgradnju, malo je vjerojatnim da će prva fuzijska elektrana biti puštena u pogon mnogo ranije od sredine 21. stoljeća.

Cold Fusion Rossi

U 2014., nezavisno testiranje reaktora E-Cat zaključilo je da je uređaj u prosjeku imao 2.800 vati izlazne snage u periodu od 32 dana uz potrošnju od 900 vati. Ovo je više nego što je bilo koja hemijska reakcija sposobna da izoluje. Rezultat govori ili o proboju u termonuklearnoj fuziji, ili o otvorenoj prijevari. Izveštaj je razočarao skeptike, koji sumnjaju da je test zaista nezavisan i sugerišu moguće falsifikovanje rezultata testa. Drugi su bili zauzeti otkrivanjem "tajnih sastojaka" koji omogućavaju Rossijevoj fuziji da replicira tehnologiju.

Rossi je prevarant?

Andrea je impozantna. On objavljuje proglase svijetu na jedinstvenom engleskom jeziku u dijelu za komentare na svojoj web stranici, pretenciozno nazvanoj Journal of Nuclear Physics. Ali njegovi prethodni neuspjeli pokušaji uključivali su talijanski projekat pretvaranja otpada u gorivo i termoelektrični generator. Petroldragon, projekat pretvaranja otpada u energiju, djelomično je propao jer ilegalno odlaganje otpada kontrolira italijanski organizirani kriminal, koji je protiv njega podnio krivičnu prijavu zbog kršenja propisa o upravljanju otpadom. Takođe je kreirao termoelektrični uređaj za Inženjerski korpus američke vojske, ali tokom testiranja, uređaj je proizveo samo delić deklarisane snage.

Mnogi ne vjeruju Rosiju, a glavni urednik New Energy Timesa otvoreno ga je nazvao kriminalcem iza kojeg stoji niz propalih energetskih projekata.

Independent Verification

Rossi je potpisao ugovor sa američkom kompanijom Industrial Heat za provođenje jednogodišnjeg tajnog ispitivanja postrojenja za hladnu fuziju od 1 MW. Uređaj je bio transportni kontejner upakovan sa desetinama E-Mačaka. Eksperiment je morala da kontroliše treća strana koja je mogla da potvrdi da se proizvodnja toplote zaista dešava. Rossi tvrdi da je veći dio prošle godine proveo praktično živeći u kontejneru i nadgledajući operacije više od 16 sati dnevno kako bi dokazao komercijalnu održivost E-Cata.

Test je završen u martu. Rossijeve pristalice željno su iščekivale izvještaj posmatrača, nadajući se oslobađajućoj presudi za svog heroja. Ali na kraju su bili tuženi.

Suđenje

U podnesku suda u Floridi, Rossi tvrdi da je test bio uspješan i da je nezavisni arbitar potvrdio da E-Cat reaktor proizvodi šest puta više energije nego što troši. Takođe je tvrdio da je Industrial Heat pristao da mu plati 100 miliona dolara - 11,5 miliona unapred nakon 24-satnog probnog perioda (navodno za prava na licenciranje kako bi kompanija mogla da proda tehnologiju u SAD) i još 89 miliona dolara nakon uspešnog završetka produžene probe. u roku od 350 dana. Rossi je optužio IH da vodi "prevarnu šemu" za krađu njegovog intelektualnog vlasništva. On je takođe optužio kompaniju za zloupotrebu reaktora E-Cat, nezakonito kopiranje inovativnih tehnologija i proizvoda, funkcionalnosti i dizajna i zloupotrebu patenta na njegovu intelektualnu svojinu.

Rudnik zlata

Na drugom mjestu, Rossi tvrdi da je u jednoj od svojih demonstracija IH dobio 50-60 miliona dolara od investitora i još 200 miliona dolara od Kine nakon reprize u kojoj su učestvovali najviši kineski zvaničnici. Ako je to tačno, onda je u igri mnogo više od sto miliona dolara. Industrial Heat je odbacio ove tvrdnje kao neosnovane i aktivno će se braniti. Što je još važnije, ona tvrdi da je "radila više od tri godine da potvrdi rezultate koje je Rossi navodno postigao svojom E-Cat tehnologijom, a sve bezuspješno".

IH ne vjeruje u E-Cat, a New Energy Times ne vidi razloga da sumnja u to. U junu 2011. predstavnik publikacije posjetio je Italiju, intervjuisao Rossija i snimio demonstraciju njegovog E-Cata. Dan kasnije, on je prijavio svoju ozbiljnu zabrinutost oko metode mjerenja toplotne snage. Nakon 6 dana, novinar je svoj video postavio na YouTube. Stručnjaci iz cijelog svijeta poslali su mu analize, koje su objavljene u julu. Postalo je jasno da se radi o prevari.

Eksperimentalna potvrda

Ipak, brojni istraživači - Aleksandar Parhomov sa Univerziteta prijateljstva naroda Rusije i Memorijalni projekat Martina Fleishmana (MFPM) - uspjeli su ponoviti rusku hladnu fuziju. Izvještaj MFPM-a nosio je naziv "Bliži se kraj ugljične ere". Razlog za takvo divljenje bilo je otkriće, koje se ne može objasniti drugačije osim termonuklearnom reakcijom. Prema istraživačima, Rossi ima upravo ono o čemu govori.

Održiv otvoreni recept za hladnu fuziju mogao bi izazvati energetsku zlatnu groznicu. Mogu se pronaći alternativne metode koje bi zaobišle ​​Rossijeve patente i spriječile ga da se upusti u energetski biznis vrijedan više milijardi dolara.

Stoga bi Rossi možda radije izbjegao ovu potvrdu.

U članku se razmatraju razlozi zašto kontrolirana termonuklearna fuzija još nije našla industrijsku primjenu.

Kada su snažne eksplozije potresle Zemlju 1950-ih termonuklearne bombe, činilo se da prije mirne upotrebe energija nuklearne fuzije ostalo je vrlo malo: jedna ili dvije decenije. Bilo je osnova za takav optimizam: od trenutka kada je atomska bomba upotrijebljena do stvaranja reaktora koji proizvodi električnu energiju, prošlo je samo 10 godina.

Ali zadatak obuzdavanja termonuklearna fuzija pokazalo se izuzetno teškim. Decenije su prolazile jedna za drugom, a pristup neograničenim rezervama energije nije se mogao dobiti. Za to vrijeme, čovječanstvo je, sagorijevanjem fosilnih resursa, zagađivalo atmosferu emisijama i pregrijavalo je stakleničkim plinovima. Katastrofe u Černobilu i Fukušimi-1 diskreditovale su nuklearnu energiju.

Šta je spriječilo ovladavanje tako obećavajućim i sigurnim procesom termonuklearne fuzije, koji bi zauvijek mogao ukloniti problem snabdijevanja čovječanstva energijom?

U početku je bilo jasno da je za nastavak reakcije potrebno jezgre vodika toliko približiti da bi nuklearne sile mogle formirati jezgro novog elementa - helija, uz oslobađanje značajne količine energije. Ali jezgra vodonika se odbijaju jedno od drugog električnim silama. Procjena temperatura i pritisaka na kojima počinje kontrolirana termonuklearna reakcija pokazala je da nijedan materijal ne može izdržati takve temperature.

Iz istih razloga, odbačen je i čisti deuterijum, izotop vodonika. Nakon što su potrošili milijarde dolara i decenije vremena, naučnici su konačno uspjeli da zapale termonuklearni plamen na vrlo kratko vrijeme. Ostaje naučiti kako držati fuzijsku plazmu dovoljno dugo. Bilo je potrebno preći sa kompjuterske simulacije na izgradnju pravog reaktora.

U ovoj fazi postalo je jasno da napori i sredstva pojedinačne države neće biti dovoljni za izgradnju i rad pilot i pilot postrojenja. U okviru međunarodne saradnje odlučeno je da se realizuje projekat eksperimentalnog termonuklearnog reaktora vrijedan više od 14 milijardi dolara.

Ali 1996. Sjedinjene Države su prestale sa učešćem i, shodno tome, sa finansiranjem projekta. Neko vrijeme implementaciju su finansirali Kanada, Japan i Evropa, ali izgradnja reaktora nikada nije ostvarena.

Drugi projekat, takođe međunarodni, realizuje se u Francuskoj. Dugotrajno zadržavanje plazme nastaje zahvaljujući posebnom obliku magnetnog polja - u obliku boce. Osnovu ove metode postavili su sovjetski fizičari. Prvo Instalacija "Tokamak". trebalo bi dati više energije nego što se troši na paljenje i zadržavanje plazme.

Do 2012. godine trebalo bi da bude završena instalacija reaktora, ali još nema informacija o uspešnom radu. Možda su ekonomski potresi posljednjih godina izvršili svoja prilagođavanja planovima naučnika.

Poteškoće u postizanju kontrolisane fuzije dala je povoda za mnoge spekulacije i lažne izvještaje o tzv "hladna" reakcija termonuklearne fuzije jezgara. Uprkos činjenici da još nisu pronađene fizičke mogućnosti ili zakoni, mnogi istraživači tvrde da postoji. Uostalom, ulozi su previsoki: od Nobelovih nagrada za naučnike do geopolitičke dominacije države koja je ovladala takvom tehnologijom i dobila pristup energetskom izobilju.

Ali svaka takva poruka ispada preuveličanom ili potpuno lažnom. Ozbiljni naučnici sa skepticizmom gledaju na postojanje takve reakcije.

Stvarne mogućnosti savladavanja sinteze i početka industrijskog rada termonuklearnih reaktora guraju se u sredinu 21. vijeka. Do tada će biti moguće odabrati potrebne materijale i razraditi njegov siguran rad. Budući da će takvi reaktori raditi sa plazmom vrlo niske gustine, sigurnost fuzijskih elektrana biće mnogo veći od nuklearnih elektrana.

Svako kršenje u zoni reakcije odmah će „ugasiti“ termonuklearni plamen. Ali sigurnosne mjere ne treba zanemariti: jedinična snaga reaktora bit će tolika da nesreća, čak i u krugovima za ekstrakciju topline, može dovesti do žrtava i zagađenja okoliša. Ostaje mala stvar: čekati 30-40 godina i vidjeti eru energetskog obilja. Ako živimo, naravno.