Sistema per lo studio del problema della fusione termonucleare controllata. Energia termonucleare: stato e prospettive

Il campo della fisica del plasma fiorì dal desiderio di imbottigliare una stella. Negli ultimi decenni, il campo è cresciuto in innumerevoli direzioni, dall'astrofisica alla meteorologia spaziale alla nanotecnologia.

Man mano che la nostra comprensione generale del plasma è cresciuta, è aumentata anche la nostra capacità di mantenere le condizioni di fusione per più di un secondo. All'inizio di quest'anno, un nuovo reattore a fusione superconduttore in Cina è stato in grado di mantenere un plasma a 50 milioni di gradi Celsius per un record di 102 secondi. Il Wendelstein X-7 Stellarator, che è entrato in funzione in Germania per la prima volta lo scorso autunno, dovrebbe battere quel record e trattenere il plasma fino a 30 minuti alla volta.

Il recente aggiornamento NSTX-U sembra modesto rispetto a questi mostri: l'esperimento ora può trattenere il plasma per cinque secondi invece di uno. Ma anche questo è un traguardo importante.

"Creare un plasma di fusione che vive solo per cinque secondi potrebbe non sembrare un processo molto lungo, ma nella fisica del plasma, cinque secondi possono essere paragonati alla sua fisica in uno stato stabile", dice Myers, riferendosi alle condizioni in cui un plasma è stabile. L'obiettivo finale è raggiungere uno stato stabile di "plasma ardente" in grado di condurre la fusione da solo con un piccolo apporto di energia dall'esterno. Nessun esperimento ha ancora raggiunto questo obiettivo.

NSTX-U consentirà ai ricercatori di Princeton di colmare alcune delle lacune tra ciò che è noto dalla fisica del plasma ora e ciò che sarà necessario per creare un impianto pilota in grado di raggiungere una combustione stazionaria e generare elettricità pulita.

Da un lato, per trovare i migliori materiali di contenimento, dobbiamo capire meglio cosa succede tra il plasma di fusione e le pareti del reattore. Princeton sta esplorando la possibilità di sostituire le pareti del suo reattore (realizzate in grafite di carbonio) con un "muro" di litio liquido per ridurre la corrosione a lungo termine.

Inoltre, gli scienziati ritengono che se la fusione aiuta nella lotta contro il riscaldamento globale, devono fare in fretta. NSTX-U aiuterà i fisici a decidere se continuare a sviluppare il design del tokamak sferico. La maggior parte dei reattori di tipo tokamak ha meno la forma di una mela e più una ciambella, un bagel o un toroide. La forma insolita del toroide sferico consente un uso più efficiente del campo magnetico delle sue spire.

"A lungo termine, vorremmo capire come ottimizzare la configurazione di una di queste macchine", afferma Martin Greenwald, direttore associato del Center for Plasma and Fusion Sciences di . "Per farlo, devi sapere come le prestazioni della macchina dipendono da qualcosa che puoi controllare, come la forma."

Myers odia giudicare quanto siamo lontani dalla potenza di fusione commercialmente possibile, e può essere compreso. Dopotutto, decenni di inevitabile ottimismo hanno danneggiato seriamente la reputazione di questo campo e rafforzato l'idea che la sintesi sia un sogno irrealizzabile. Con tutte le implicazioni finanziarie.

È stato un duro colpo per il programma di fusione del MIT che i federali abbiano fornito supporto per il tokamak Alcator C-Mid, che produce uno dei campi magnetici più potenti e dimostra la fusione del plasma alla massima pressione. La maggior parte della ricerca NSTX-U in sospeso dipenderà dal continuo sostegno federale, che secondo Myers arriverà "tra un anno".

Tutti devono stare attenti a spendere i propri dollari per la ricerca e alcuni programmi di fusione hanno già inghiottito somme incredibili. Prendiamo ad esempio ITER, l'enorme reattore a fusione superconduttore attualmente in costruzione in Francia. Quando la cooperazione internazionale è iniziata nel 2005, è stata annunciata come un progetto decennale da 5 miliardi di dollari. Dopo diversi anni di fallimento, il prezzo è salito a 40 miliardi di dollari. Secondo le stime più ottimistiche, la struttura sarà completata entro il 2030.

E dove è probabile che ITER si gonfi come un tumore finché non esaurisce le risorse e uccide il suo ospite, il programma di fusione ridotto al minimo del MIT mostra come può essere fatto con un budget molto più ridotto. La scorsa estate, un team di studenti laureati del MIT ha svelato i piani per l'ARC, un reattore a fusione con basso livello costi, che utilizzeranno nuovi materiali superconduttori ad alta temperatura per generare la stessa quantità di energia di ITER, solo con un dispositivo molto più piccolo.

"Il problema con la fusione è trovare un percorso tecnico che la renda economicamente fattibile, cosa che intendiamo fare presto", afferma Greenwald, osservando che il concetto ARC è attualmente perseguito dall'Energy Initiative del MIT. - Crediamo che se la sintesi farà la differenza per il riscaldamento globale dobbiamo muoverci più velocemente".

"La fusione promette di essere la principale fonte di energia: questo è, infatti, il nostro obiettivo finale", afferma Robert Rosner, fisico del plasma presso l'Università di Chicago e co-fondatore dell'Energy Policy Institute. “Allo stesso tempo, c'è una domanda importante: quanto siamo disposti a spendere in questo momento. Se tagliamo i finanziamenti al punto in cui la prossima generazione di ragazzi intelligenti non vuole farlo affatto, potremmo uscirne del tutto".

9 luglio 2016

Progetti innovativi che utilizzano superconduttori moderni consentiranno presto la fusione termonucleare controllata, affermano alcuni ottimisti. Gli esperti, tuttavia, lo prevedono uso pratico ci vorranno diversi decenni.

perché è così difficile?

L'energia da fusione è considerata una potenziale fonte di energia per il futuro. Questa è la pura energia dell'atomo. Ma cos'è e perché è così difficile da realizzare? Per cominciare, dobbiamo capire la differenza tra fissione nucleare classica e fusione termonucleare.

La fissione dell'atomo consiste nel fatto che gli isotopi radioattivi - uranio o plutonio - vengono scissi e convertiti in altri isotopi altamente radioattivi, che poi devono essere sepolti o riciclati.

La reazione di fusione consiste nel fatto che due isotopi di idrogeno - deuterio e trizio - si fondono in un unico insieme, formando elio non tossico e un singolo neutrone, senza produrre scorie radioattive.

Problema di controllo

Reazioni che avvengono al sole o in bomba all'idrogeno, - questa è la fusione termonucleare e gli ingegneri affrontano un compito arduo: come controllare questo processo in una centrale elettrica?

Questo è qualcosa su cui gli scienziati hanno lavorato dagli anni '60. Un altro reattore a fusione sperimentale chiamato Wendelstein 7-X è entrato in funzione nella città di Greifswald, nel nord della Germania. Non è ancora progettato per creare una reazione: è solo un design speciale che viene testato (uno stellarator invece di un tokamak).

plasma ad alta energia

Tutte le installazioni termonucleari hanno una caratteristica comune: una forma anulare. Si basa sull'idea di utilizzare potenti elettromagneti per creare un forte elettrico campo magnetico, che ha la forma di un toro - una camera di bicicletta gonfiata.

Questo campo elettromagnetico deve essere così denso che quando viene riscaldato in un forno a microonde a un milione di gradi Celsius, deve apparire un plasma proprio al centro dell'anello. Viene quindi acceso in modo che possa iniziare la fusione termonucleare.

Dimostrazione delle possibilità

Due di questi esperimenti sono attualmente in corso in Europa. Uno di questi è il Wendelstein 7-X, che ha recentemente generato il suo primo plasma di elio. L'altro è ITER, un enorme impianto di fusione sperimentale nel sud della Francia che è ancora in costruzione e sarà pronto per entrare in funzione nel 2023.

Si prevede che su ITER avranno luogo vere reazioni nucleari, anche se solo per un breve periodo di tempo e certamente non più lungo di 60 minuti. Questo reattore è solo uno dei tanti passi verso la realizzazione della fusione nucleare.

Reattore a fusione: più piccolo e più potente

Di recente, diversi progettisti hanno annunciato un nuovo design del reattore. Secondo un gruppo di studenti del Massachusetts Institute of Technology, nonché rappresentanti della compagnia di armi Lockheed Martin, la fusione può essere effettuata in strutture molto più potenti e più piccole di ITER, e sono pronti a farlo entro dieci anni.

L'idea del nuovo design è quella di utilizzare i moderni superconduttori ad alta temperatura negli elettromagneti, che mostrano le loro proprietà quando raffreddati con azoto liquido, piuttosto che quelli convenzionali, che richiedono elio liquido. La nuova tecnologia più flessibile consentirà di cambiare completamente il design del reattore.

Klaus Hesch, responsabile della tecnologia della fusione nucleare presso l'Istituto di tecnologia di Karlsruhe nel sud-ovest della Germania, è scettico. Supporta l'uso di nuovi superconduttori ad alta temperatura per nuovi progetti di reattori. Ma, secondo lui, sviluppare qualcosa su un computer, tenendo conto delle leggi della fisica, non è sufficiente. È necessario tenere conto delle sfide che sorgono quando si mette in pratica un'idea.

Fantascienza

Secondo Hesh, il modello studentesco del MIT mostra solo la possibilità di un progetto. Ma in realtà ha molto fantascienza. Il progetto presuppone che vengano risolti seri problemi tecnici della fusione termonucleare. Ma scienza moderna non ha idea di come risolverli.

Uno di questi problemi è l'idea di bobine pieghevoli. Gli elettromagneti possono essere smontati per entrare nell'anello che contiene il plasma nel modello di progettazione del MIT.

Questo sarebbe molto utile perché si sarebbe in grado di accedere agli oggetti durante sistema interno e sostituirli. Ma in realtà i superconduttori sono fatti di materiale ceramico. Centinaia di essi devono essere intrecciati in modo sofisticato per formare il campo magnetico corretto. E qui ci sono difficoltà più fondamentali: i collegamenti tra loro non sono così semplici come i collegamenti dei cavi di rame. Nessuno ha nemmeno pensato a concetti che aiuterebbero a risolvere tali problemi.

troppo caldo

Anche l'alta temperatura è un problema. Al centro del plasma di fusione, la temperatura raggiungerà circa 150 milioni di gradi Celsius. Questo calore estremo rimane al suo posto, proprio al centro del gas ionizzato. Ma anche intorno ad esso fa ancora molto caldo - da 500 a 700 gradi nella zona del reattore, che è lo strato interno di un tubo metallico in cui si "riprodurrà" il trizio necessario per la fusione nucleare.

Il reattore a fusione ha un problema ancora più grande: il cosiddetto rilascio di potenza. Questa è la parte del sistema che riceve il combustibile usato dal processo di fusione, principalmente elio. I primi componenti metallici in cui entra il gas caldo sono chiamati "divertore". Può riscaldare fino a oltre 2000°C.

Problema del deviatore

Affinché l'installazione resista a tali temperature, gli ingegneri stanno cercando di utilizzare il tungsteno metallico utilizzato nelle vecchie lampade a incandescenza. Il punto di fusione del tungsteno è di circa 3000 gradi. Ma ci sono anche altre limitazioni.

In ITER, questo può essere fatto, perché il riscaldamento al suo interno non avviene costantemente. Si presume che il reattore funzionerà solo per l'1-3% del tempo. Ma questa non è un'opzione per una centrale elettrica che deve funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7. E, se qualcuno afferma di essere in grado di costruire un reattore più piccolo con la stessa potenza di ITER, è lecito dire che non ha una soluzione al problema del divertore.

Centrale elettrica in pochi decenni

Tuttavia, gli scienziati sono ottimisti sullo sviluppo dei reattori termonucleari, anche se non sarà così veloce come prevedono alcuni entusiasti.

ITER dovrebbe dimostrare che la fusione controllata può effettivamente produrre più energia di quanta ne sarebbe spesa per riscaldare il plasma. Il prossimo passo è costruire una nuovissima centrale elettrica dimostrativa ibrida che generi effettivamente elettricità.

Gli ingegneri stanno già lavorando al suo design. Dovranno imparare da ITER, il cui lancio è previsto nel 2023. Dato il tempo necessario per la progettazione, la pianificazione e la costruzione, sembra improbabile che la prima centrale elettrica a fusione venga lanciata molto prima della metà del 21° secolo.

Fusione Fredda Rossi

Nel 2014, un test indipendente del reattore E-Cat ha concluso che il dispositivo ha una potenza media di 2.800 watt su un periodo di 32 giorni con un consumo di 900 watt. Questo è più di qualsiasi altro reazione chimica. Il risultato parla di una svolta nella fusione termonucleare o di una vera e propria frode. Il rapporto ha deluso gli scettici, che dubitano che il test fosse veramente indipendente e suggeriscono una possibile falsificazione dei risultati del test. Altri sono stati impegnati a scoprire gli "ingredienti segreti" che consentono alla fusione di Rossi di replicare la tecnologia.

Rossi è un truffatore?

Andrea è imponente. Pubblica proclami al mondo in un inglese unico nella sezione commenti del suo sito web, pretenziosamente intitolata "Journal fisica Nucleare". Ma i suoi precedenti tentativi falliti hanno incluso un progetto italiano di termovalorizzazione e un generatore termoelettrico. Petroldragon, un progetto di termovalorizzazione, è fallito anche perché lo scarico abusivo di rifiuti è controllato dalla criminalità organizzata italiana, che ha sporto denuncia nei suoi confronti per violazione delle norme sulla gestione dei rifiuti. Ha anche creato un dispositivo termoelettrico per il Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti, ma durante i test il gadget ha prodotto solo una frazione della potenza dichiarata.

Molti non si fidano di Rossi, e il caporedattore del New Energy Times lo ha definito senza mezzi termini un criminale con una serie di progetti energetici falliti alle spalle.

Verifica indipendente

Rossi ha firmato un contratto con la società americana Industrial Heat per condurre un test segreto della durata di un anno di un impianto di fusione fredda da 1 MW. Il dispositivo era un container pieno di dozzine di E-Cats. L'esperimento doveva essere controllato da una terza parte che potesse confermare che la generazione di calore stava effettivamente avvenendo. Rossi afferma di aver trascorso gran parte dell'anno passato vivendo praticamente in un container e supervisionando le operazioni per più di 16 ore al giorno per dimostrare la fattibilità commerciale dell'E-Cat.

Il test è terminato a marzo. I sostenitori di Rossi attendevano con ansia il rapporto degli osservatori, sperando in un'assoluzione per il loro eroe. Ma alla fine sono stati denunciati.

Prova

In una dichiarazione del tribunale della Florida, Rossi afferma che il test ha avuto successo e un arbitro indipendente ha confermato che il reattore E-Cat produce sei volte più energia di quanta ne consuma. Ha anche affermato che Industrial Heat ha accettato di pagargli $ 100 milioni - $ 11,5 milioni in anticipo dopo il periodo di prova di 24 ore (apparentemente per i diritti di licenza in modo che la società potesse vendere la tecnologia negli Stati Uniti) e altri $ 89 milioni dopo il completamento con successo del periodo di prova esteso. entro 350 giorni. Rossi ha accusato IH di gestire uno "schema fraudolento" per rubare il suo proprietà intellettuale. Ha anche accusato la società di appropriazione indebita di reattori E-Cat, copia illegale tecnologie innovative e prodotti, caratteristiche e design e tentare in modo inappropriato di ottenere un brevetto sulla sua proprietà intellettuale.

Miniera d'oro

Altrove, Rossi afferma che in una delle sue manifestazioni, IH ha ricevuto 50-60 milioni di dollari da investitori e altri 200 milioni di dollari dalla Cina dopo un replay che ha coinvolto funzionari cinesi. livello superiore. Se questo è vero, allora sono in gioco molto più di cento milioni di dollari. Industrial Heat ha respinto queste affermazioni come prive di fondamento e si difenderà attivamente. Ancora più importante, afferma di aver "lavorato per più di tre anni per confermare i risultati che Rossi avrebbe ottenuto con la sua tecnologia E-Cat, il tutto senza successo".

IH non crede nell'E-Cat e il New Energy Times non vede alcun motivo per dubitarne. Nel giugno 2011, un rappresentante della pubblicazione ha visitato l'Italia, ha intervistato Rossi e ha filmato una dimostrazione del suo E-Cat. Il giorno dopo, ha riferito le sue serie preoccupazioni sul metodo di misurazione della potenza termica. Dopo 6 giorni, il giornalista ha pubblicato il suo video su YouTube. Esperti di tutto il mondo gli hanno inviato analisi, che sono state pubblicate a luglio. È diventato chiaro che si trattava di una truffa.

Conferma sperimentale

Tuttavia, un certo numero di ricercatori - Alexander Parkhomov di Università Russa Friendship of Peoples e il Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) - sono riusciti a riprodurre la fusione termonucleare fredda della Russia. Il rapporto MFPM era intitolato "La fine dell'era del carbonio è vicina". La ragione di tale ammirazione è stata la scoperta di un'esplosione di radiazioni gamma, che non può essere spiegata diversamente che da una reazione termonucleare. Secondo i ricercatori, Rossi ha esattamente ciò di cui sta parlando.

Una valida ricetta aperta per la fusione fredda potrebbe innescare una corsa all'oro energetico. Si possono trovare metodi alternativi per aggirare i brevetti di Rossi e tenerlo fuori dal business energetico multimiliardario.

Quindi forse Rossi preferirebbe evitare questa conferma.

Da un punto di vista fisico, il problema è formulato semplicemente. Affinché si verifichi una reazione di fusione nucleare autosufficiente, è necessario e sufficiente soddisfare due condizioni.

1. L'energia dei nuclei che partecipano alla reazione deve essere di almeno 10 keV. Affinché la fusione nucleare inizi, i nuclei che partecipano alla reazione devono cadere nel campo delle forze nucleari, il cui raggio è di 10-12-10-13 s.cm. Tuttavia nuclei atomici hanno carica elettrica positiva e cariche simili si respingono. Al limite dell'azione delle forze nucleari, l'energia della repulsione di Coulomb è di circa 10 keV. Per superare questa barriera, i nuclei in collisione devono avere energia cinetica almeno non inferiore a questo valore.

2. Il prodotto della concentrazione dei nuclei reagenti e il tempo di ritenzione durante il quale essi conservano l'energia indicata deve essere di almeno 1014 s.cm-3. Questa condizione - il cosiddetto criterio di Lawson - determina il limite della redditività energetica della reazione. Affinché l'energia rilasciata nella reazione di fusione copra almeno i costi energetici dell'avvio della reazione, i nuclei atomici devono subire molte collisioni. In ogni collisione in cui si verifica una reazione di fusione tra deuterio (D) e trizio (T), vengono rilasciati 17,6 MeV di energia, cioè circa 3,10-12 J. Se, ad esempio, vengono spesi 10 MJ di energia per l'accensione, allora la reazione sarà non redditizio se almeno 3.1018 vapore D-T. E per questo, un plasma ad alta energia piuttosto denso deve essere mantenuto a lungo nel reattore. Questa condizione è espressa dal criterio di Lawson.

Se entrambi i requisiti possono essere soddisfatti contemporaneamente, il problema della fusione termonucleare controllata sarà risolto.

Tuttavia, l'implementazione tecnica di questo problema fisico incontra enormi difficoltà. Dopo tutto, un'energia di 10 keV è una temperatura di 100 milioni di gradi. Una sostanza a tale temperatura può essere mantenuta anche per frazioni di secondo solo nel vuoto, isolandola dalle pareti dell'impianto.

Ma esiste un altro metodo per risolvere questo problema: una fusione fredda. Cos'è una fusione fredda - è un analogo di una "calda" reazione termonucleare funzionamento a temperatura ambiente.

In natura, ci sono almeno due modi per cambiare la materia all'interno di una dimensione del continuum. Puoi far bollire l'acqua sul fuoco, ad es. termicamente o in un forno a microonde, ad es. frequenza. Il risultato è lo stesso: l'acqua bolle, l'unica differenza è che il metodo della frequenza è più veloce. Utilizza anche il raggiungimento di temperature ultra elevate per dividere il nucleo dell'atomo. Il metodo termico dà una reazione nucleare incontrollata. L'energia di una fusione fredda è l'energia dello stato di transizione. Una delle condizioni principali per la progettazione di un reattore per lo svolgimento di una reazione di fusione fredda è la condizione della sua forma piramidale-cristallina. Un'altra condizione importante è la presenza di campi magnetici rotanti e di torsione. L'intersezione dei campi avviene nel punto di equilibrio instabile del nucleo di idrogeno.

Gli scienziati Ruzi Taleiarkhan dell'Oak Ridge National Laboratory, Richard Lahey di Politecnico loro. Renssilira e l'accademico Robert Nigmatulin - registrato in condizioni di laboratorio reazione termonucleare fredda.

Il gruppo ha utilizzato un bicchiere di acetone liquido delle dimensioni di due o tre bicchieri. Le onde sonore sono state intensamente fatte passare attraverso il liquido, producendo un effetto noto in fisica come cavitazione acustica, la cui conseguenza è la sonoluminescenza. Durante la cavitazione, nel liquido sono comparse piccole bolle, che sono aumentate fino a due millimetri di diametro ed sono esplose. Le esplosioni erano accompagnate da lampi di luce e rilascio di energia, ad es. la temperatura all'interno delle bolle al momento dell'esplosione ha raggiunto i 10 milioni di gradi Kelvin e l'energia rilasciata, secondo gli sperimentatori, è sufficiente per realizzare la fusione termonucleare.

"Tecnicamente" l'essenza della reazione sta nel fatto che, a seguito della combinazione di due atomi di deuterio, si forma un terzo - un isotopo di idrogeno, noto come trizio, e un neutrone, caratterizzato da un'enorme quantità di energia .

3.1 Problemi economici

Quando si crea il TCB, si presume che sarà una grande installazione dotata di potenti computer. Sarà un'intera piccola città. Ma in caso di incidente o guasto alle apparecchiature, il funzionamento della stazione verrà interrotto.

Ciò non è previsto, ad esempio, nei moderni progetti di centrali nucleari. Si ritiene che l'importante sia costruirli e ciò che accade dopo non è importante.

Ma in caso di guasto di 1 stazione, molte città rimarranno senza elettricità. Lo si può vedere nell'esempio della centrale nucleare in Armenia. La rimozione dei rifiuti radioattivi è diventata molto costosa. Su richiesta del verde la centrale nucleare è stata chiusa. La popolazione è rimasta senza elettricità, l'attrezzatura della centrale elettrica è stata consumata e il denaro stanziato dalle organizzazioni internazionali per il ripristino è stato sprecato.

Un grave problema economico è la decontaminazione delle industrie abbandonate dove veniva lavorato l'uranio. Ad esempio, "la città di Aktau ha il suo piccolo" Chernobyl ". Si trova sul territorio dell'impianto chimico-idrometallurgico (KhGMZ). La radiazione di fondo gamma nell'officina di lavorazione dell'uranio (HMC) in alcuni punti raggiunge 11.000 microroentgen all'ora, livello medio sfondo - 200 microroentgens (Normale sfondo naturale da 10 a 25 microroentgens all'ora). Dopo la chiusura dell'impianto, qui non è stata effettuata alcuna decontaminazione. Una parte significativa delle apparecchiature, circa quindicimila tonnellate, ha già una radioattività inamovibile. Allo stesso tempo, tali oggetti pericolosi vengono immagazzinati all'aria aperta, scarsamente custoditi e costantemente portati via dal territorio di KhGMZ.

Pertanto, poiché non ci sono produzioni eterne, in connessione con l'avvento delle nuove tecnologie, il TCB può essere chiuso e quindi gli oggetti, i metalli dell'impresa entreranno nel mercato e la popolazione locale ne risentirà.

L'acqua verrà utilizzata nel sistema di raffreddamento TCB. Ma secondo gli ambientalisti, se prendiamo le statistiche sulle centrali nucleari, l'acqua di questi serbatoi non è potabile.

Secondo gli esperti, il serbatoio è pieno metalli pesanti(in particolare, torio-232), e in alcuni punti il \u200b\u200blivello di radiazioni gamma raggiunge i 50-60 microroentgen all'ora.

Cioè, ora, durante la costruzione di centrali nucleari, non vengono forniti fondi che riporterebbero l'area al suo stato originale. E dopo la chiusura dell'impresa, nessuno sa seppellire i rifiuti accumulati e ripulire l'ex impresa.

3.2 Problemi medici

Per effetti dannosi CTS si riferisce alla produzione di virus e batteri mutanti che producono sostanze nocive. Ciò è particolarmente vero per virus e batteri nel corpo umano. La comparsa di tumori maligni e cancro sarà molto probabilmente una malattia comune tra i residenti dei villaggi che vivono vicino al TCB. I residenti soffrono sempre di più perché non hanno mezzi di protezione. I dosimetri sono costosi e le medicine non sono disponibili. I rifiuti del TCF saranno scaricati nei fiumi, scaricati nell'aria o pompati negli strati sotterranei, cosa che sta accadendo ora nelle centrali nucleari.

Oltre ai danni che si verificano subito dopo l'esposizione a dosi elevate, le radiazioni ionizzanti provocano effetti a lungo termine. Fondamentalmente, carcinogenesi e malattie genetiche che possono verificarsi a qualsiasi dose e tipo di esposizione (singola, cronica, locale).

Secondo i rapporti dei medici che hanno registrato le malattie dei lavoratori delle centrali nucleari, prima ci sono le malattie cardiovascolari (attacchi di cuore), poi il cancro. Il muscolo cardiaco diventa più sottile sotto l'influenza delle radiazioni, diventa flaccido, meno resistente. Ci sono malattie abbastanza incomprensibili. Ad esempio, insufficienza epatica. Ma perché questo accada, nessuno dei medici ancora non lo sa. Se sostanze radioattive entrano nel tratto respiratorio durante un incidente, i medici asportano i tessuti danneggiati del polmone e della trachea e la persona disabile cammina con un dispositivo portatile per la respirazione

4. Conclusione

L'umanità ha bisogno di energia e il bisogno aumenta ogni anno. Allo stesso tempo, le riserve di combustibili naturali tradizionali (petrolio, carbone, gas, ecc.) sono limitate. Esistono anche riserve finite di combustibile nucleare - uranio e torio, da cui si può ottenere plutonio nei reattori autofertilizzanti. Le riserve di combustibile termonucleare - l'idrogeno - sono praticamente inesauribili.

Nel 1991, per la prima volta, è stato possibile ottenere una quantità significativa di energia - circa 1,7 milioni di watt come risultato della fusione nucleare controllata presso il Joint European Laboratory (Torus). Nel dicembre 1993, i ricercatori della Princeton University hanno utilizzato un reattore a fusione di tipo tokamak per produrre una reazione nucleare controllata, l'energia rilasciata è stata di 5,6 milioni di watt. Tuttavia, sia il reattore di tipo tokamak che il laboratorio Torus hanno speso più energia di quella ricevuta.

Se la produzione di energia da fusione nucleare diventa praticamente accessibile, ciò fornirà una fonte illimitata di combustibile.

5. Riferimenti

1) La rivista "New Look" (Fisica; Per la futura élite).

2) Manuale di Fisica Grado 11.

3) Academy of Energy (analisi; idee; progetti).

4) Persone e atomi (William Lawrence).

5) Elementi dell'universo (Seaborg e Valens).

6) Dizionario enciclopedico sovietico.

7) Enciclopedia Encarta 96.

8) Astronomia - http://www.college.ru./astronomia.

Progetti innovativi che utilizzano superconduttori moderni consentiranno presto la fusione termonucleare controllata, affermano alcuni ottimisti. Gli esperti, tuttavia, prevedono che l'applicazione pratica richiederà diversi decenni.

perché è così difficile?

L'energia di fusione è considerata una fonte potenziale, è l'energia pura di un atomo. Ma cos'è e perché è così difficile da realizzare? Per prima cosa devi capire la differenza tra fusione classica e termonucleare.

La sintesi consiste nel fatto che due isotopi di idrogeno - deuterio e trizio - si fondono in un unico insieme, formando elio non tossico e un singolo neutrone, senza produrre scorie radioattive.

Problema di controllo

Le reazioni che avvengono sul Sole o in una bomba all'idrogeno sono la fusione termonucleare e gli ingegneri devono affrontare un compito arduo: come controllare questo processo in una centrale elettrica?

plasma ad alta energia

Tutte le installazioni termonucleari hanno una caratteristica comune: una forma anulare. Si basa sull'idea di utilizzare potenti elettromagneti per creare un forte campo elettromagnetico a forma di toro, un tubo di bicicletta gonfiato.

Dimostrazione delle possibilità

Reattore a fusione: più piccolo e più potente

L'idea del nuovo design è quella di utilizzare i moderni superconduttori ad alta temperatura negli elettromagneti, che esibiscono le loro proprietà quando raffreddati con azoto liquido, piuttosto che quelli convenzionali, che richiedono una nuova tecnologia più flessibile che cambierà completamente il design del reattore.

Klaus Hesch, responsabile della tecnologia presso l'Istituto di tecnologia di Karlsruhe nella Germania sudoccidentale, è scettico. Supporta l'uso di nuovi superconduttori ad alta temperatura per nuovi progetti di reattori. Ma, secondo lui, sviluppare qualcosa su un computer, tenendo conto delle leggi della fisica, non è sufficiente. È necessario tenere conto delle sfide che sorgono quando si mette in pratica un'idea.

Fantascienza

Secondo Hesh, il modello studentesco del MIT mostra solo la possibilità di un progetto. Ma in realtà è molta fantascienza. Il progetto presuppone che vengano risolti seri problemi tecnici della fusione termonucleare. Ma la scienza moderna non ha idea di come risolverli.

Uno di questi problemi è l'idea di bobine pieghevoli. Gli elettromagneti possono essere smontati per entrare nell'anello che contiene il plasma nel modello di progettazione del MIT.

Questo sarebbe molto utile perché si sarebbe in grado di accedere agli oggetti nel sistema interno e sostituirli. Ma in realtà i superconduttori sono fatti di materiale ceramico. Centinaia di essi devono essere intrecciati in modo sofisticato per formare il campo magnetico corretto. E qui ci sono difficoltà più fondamentali: i collegamenti tra loro non sono così semplici come i collegamenti dei cavi di rame. Nessuno ha nemmeno pensato a concetti che aiuterebbero a risolvere tali problemi.

troppo caldo

Ha un problema ancora più grande: il cosiddetto rilascio di potenza. Questa è la parte del sistema che riceve il combustibile usato dal processo di fusione, principalmente elio. I primi componenti metallici in cui entra il gas caldo sono chiamati "divertore". Può riscaldare fino a oltre 2000°C.

Problema del deviatore

Centrale elettrica in pochi decenni

Tuttavia, gli scienziati sono ottimisti sullo sviluppo dei reattori termonucleari, anche se non sarà così veloce come prevedono alcuni entusiasti.

Fusione Fredda Rossi

Nel 2014, un test indipendente del reattore E-Cat ha concluso che il dispositivo ha una potenza media di 2.800 watt su un periodo di 32 giorni con un consumo di 900 watt. Questo è più di quanto qualsiasi reazione chimica sia in grado di isolare. Il risultato parla di una svolta nella fusione termonucleare o di una vera e propria frode. Il rapporto ha deluso gli scettici, che dubitano che il test fosse veramente indipendente e suggeriscono una possibile falsificazione dei risultati del test. Altri sono stati impegnati a scoprire gli "ingredienti segreti" che consentono alla fusione di Rossi di replicare la tecnologia.

Rossi è un truffatore?

Andrea è imponente. Pubblica proclami al mondo in un inglese unico nella sezione dei commenti del suo sito web, pretenziosamente chiamato Journal of Nuclear Physics. Ma i suoi precedenti tentativi falliti hanno incluso un progetto italiano di termovalorizzazione e un generatore termoelettrico. Petroldragon, un progetto di termovalorizzazione, è fallito anche perché lo scarico abusivo di rifiuti è controllato dalla criminalità organizzata italiana, che ha sporto denuncia nei suoi confronti per violazione delle norme sulla gestione dei rifiuti. Ha anche creato un dispositivo termoelettrico per il Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti, ma durante i test il gadget ha prodotto solo una frazione della potenza dichiarata.

Molti non si fidano di Rossi, e il caporedattore del New Energy Times lo ha definito senza mezzi termini un criminale con una serie di progetti energetici falliti alle spalle.

Verifica indipendente

Il test è terminato a marzo. I sostenitori di Rossi attendevano con ansia il rapporto degli osservatori, sperando in un'assoluzione per il loro eroe. Ma alla fine sono stati denunciati.

Prova

In una dichiarazione del tribunale della Florida, Rossi afferma che il test ha avuto successo e un arbitro indipendente ha confermato che il reattore E-Cat produce sei volte più energia di quanta ne consuma. Ha anche affermato che Industrial Heat ha accettato di pagargli $ 100 milioni - $ 11,5 milioni in anticipo dopo il periodo di prova di 24 ore (apparentemente per i diritti di licenza in modo che la società potesse vendere la tecnologia negli Stati Uniti) e altri $ 89 milioni dopo il completamento con successo del periodo di prova esteso. entro 350 giorni. Rossi ha accusato IH di gestire uno "schema fraudolento" per rubare la sua proprietà intellettuale. Ha anche accusato la società di appropriazione indebita di reattori E-Cat, copia illegale di tecnologie e prodotti innovativi, funzionalità e design e abuso di un brevetto sulla sua proprietà intellettuale.

Miniera d'oro

Altrove, Rossi afferma che in una delle sue manifestazioni, IH ha ricevuto 50-60 milioni di dollari da investitori e altri 200 milioni di dollari dalla Cina dopo un replay che ha coinvolto alti funzionari cinesi. Se questo è vero, allora sono in gioco molto più di cento milioni di dollari. Industrial Heat ha respinto queste affermazioni come prive di fondamento e si difenderà attivamente. Ancora più importante, afferma di aver "lavorato per più di tre anni per confermare i risultati che Rossi avrebbe ottenuto con la sua tecnologia E-Cat, il tutto senza successo".

Conferma sperimentale

Tuttavia, un certo numero di ricercatori - Alexander Parkhomov della Peoples' Friendship University of Russia e il Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) - sono riusciti a replicare la fusione fredda della Russia. Il rapporto MFPM era intitolato "La fine dell'era del carbonio è vicina". Il motivo di tanta ammirazione è stata la scoperta, che non può essere spiegata diversamente che da una reazione termonucleare. Secondo i ricercatori, Rossi ha esattamente ciò di cui sta parlando.

Quindi forse Rossi preferirebbe evitare questa conferma.

L'articolo discute i motivi per cui la fusione termonucleare controllata non ha ancora trovato applicazione industriale.

Quando potenti esplosioni hanno scosso la Terra negli anni '50 bombe termonucleari , sembrava che prima dell'uso pacifico energia da fusione nucleareè rimasto ben poco: uno o due decenni. C'erano motivi per tale ottimismo: dall'applicazione di bomba atomica erano passati solo 10 anni prima della creazione di un reattore che genera elettricità.

Ma il compito di frenare fusione termonucleare si è rivelato straordinariamente difficile. I decenni sono passati uno dopo l'altro e non è stato possibile ottenere l'accesso a riserve energetiche illimitate. Durante questo periodo, l'umanità, bruciando risorse fossili, ha inquinato l'atmosfera con emissioni e l'ha surriscaldata con gas serra. I disastri di Chernobyl e Fukushima-1 hanno screditato l'energia nucleare.

Cosa ha impedito la padronanza di un processo così promettente e sicuro di fusione termonucleare, che potrebbe rimuovere per sempre il problema di fornire energia all'umanità?

Inizialmente, era chiaro che affinché la reazione procedesse, era necessario avvicinare così tanto tra loro i nuclei di idrogeno forze nucleari potrebbe formare il nucleo di un nuovo elemento: l'elio con il rilascio di una quantità significativa di energia. Ma i nuclei di idrogeno sono respinti l'uno dall'altro dalle forze elettriche. Una valutazione delle temperature e delle pressioni alle quali inizia una reazione termonucleare controllata ha dimostrato che nessun materiale può resistere a tali temperature.

Per gli stessi motivi fu scartato anche il deuterio puro, un isotopo dell'idrogeno. Dopo aver speso miliardi di dollari e decenni di tempo, gli scienziati sono stati finalmente in grado di accendere una fiamma termonucleare per un tempo molto breve. Resta da imparare come trattenere il plasma di fusione abbastanza a lungo. È stato necessario passare dalla simulazione al computer alla costruzione di un vero e proprio reattore.

In questa fase, è diventato chiaro che gli sforzi e i fondi di un singolo stato non sarebbero stati sufficienti per costruire e gestire impianti pilota e pilota. Nell'ambito della cooperazione internazionale, è stato deciso di realizzare un progetto di un reattore termonucleare sperimentale del valore di oltre 14 miliardi di dollari.

Ma nel 1996 gli Stati Uniti cessarono la loro partecipazione e, di conseguenza, il finanziamento del progetto. Per qualche tempo la realizzazione è stata finanziata da Canada, Giappone ed Europa, ma la costruzione del reattore non è mai andata a buon fine.

Il secondo progetto, anch'esso internazionale, è in fase di realizzazione in Francia. La ritenzione plasmatica a lungo termine si verifica a causa di una forma speciale del campo magnetico, sotto forma di una bottiglia. La base di questo metodo è stata posta dai fisici sovietici. Primo Installazione "Tokamak". dovrebbe fornire all'output più energia di quella spesa per l'accensione e la ritenzione del plasma.

Entro il 2012, l'installazione del reattore dovrebbe essere completata, ma non ci sono ancora informazioni sul corretto funzionamento. Possibili turbolenze economiche anni recenti ha apportato le proprie modifiche ai piani degli scienziati.

Difficoltà nel raggiungere la fusione controllata ha dato origine a molte speculazioni e false notizie sul cosiddetto reazione di fusione termonucleare "fredda" dei nuclei. Nonostante non siano state ancora trovate possibilità o leggi fisiche, molti ricercatori ne affermano l'esistenza. Dopotutto, la posta in gioco è troppo alta: da Premi Nobel per gli scienziati al dominio geopolitico dello stato, che ha dominato tale tecnologia e ha ottenuto l'accesso all'abbondanza energetica.

Ma ciascuno di questi messaggi risulta essere esagerato o addirittura falso. Gli scienziati seri considerano l'esistenza di una tale reazione con scetticismo.

Le reali possibilità di padroneggiare la sintesi e l'inizio dell'operazione industriale dei reattori termonucleari sono rimandate alla metà del 21 ° secolo. A questo punto sarà possibile selezionare i materiali necessari ed elaborarne il funzionamento sicuro. Poiché tali reattori funzioneranno con plasma a densità molto bassa, sicurezza delle centrali elettriche a fusione sarà molto più alto delle centrali nucleari.

Qualsiasi violazione nella zona di reazione "spegnerà" immediatamente la fiamma termonucleare. Ma le misure di sicurezza non vanno trascurate: la potenza unitaria dei reattori sarà così grande che un incidente, anche nei circuiti di estrazione del calore, può provocare vittime e inquinamento. ambiente. La questione rimane piccola: aspettare 30-40 anni e vedere l'era dell'abbondanza energetica. Se viviamo, ovviamente.