Domeniul fizicii plasmei a înflorit din dorința de a îmbutelia o stea. În ultimele decenii, domeniul a crescut în nenumărate direcții, de la astrofizică la vremea spațială la nanotehnologie.

Pe măsură ce înțelegerea noastră generală despre plasmă a crescut, la fel a crescut și capacitatea noastră de a menține condițiile de fuziune pentru mai mult de o secundă. La începutul acestui an, un nou reactor de fuziune supraconductor din China a fost capabil să țină o plasmă la 50 de milioane de grade Celsius pentru un record de 102 de secunde. Wendelstein X-7 Stellarator, care a intrat în funcțiune în Germania pentru prima dată în toamna anului trecut, este de așteptat să doboare acel record și să păstreze plasma timp de până la 30 de minute la un moment dat.

Actualizarea recentă NSTX-U pare modestă în comparație cu acești monștri: experimentul poate reține acum plasmă timp de cinci secunde în loc de una. Dar aceasta este și o etapă importantă.

„Crearea unei plasme de fuziune care trăiește doar cinci secunde poate să nu pară un proces foarte lung, dar în fizica plasmei, cinci secunde pot fi comparate cu fizica ei într-o stare stabilă”, spune Myers, referindu-se la condițiile în care o plasmă. este stabil. Scopul final este atingerea unei stări stabile de „plasmă de ardere” care poate conduce fuziunea singură, cu un mic aport de energie din exterior. Niciun experiment nu a reușit încă acest lucru.

NSTX-U va permite cercetătorilor de la Princeton să completeze unele dintre golurile dintre ceea ce se știe din fizica plasmei acum și ceea ce va fi necesar pentru a crea o instalație pilot capabilă să realizeze arderea la starea de echilibru și să genereze electricitate curată.

Pe de o parte, pentru a găsi cele mai bune materiale de izolare, trebuie să înțelegem mai bine ce se întâmplă între plasma de fuziune și pereții reactorului. Princeton explorează posibilitatea de a înlocui pereții reactorului său (din grafit de carbon) cu un „perete” de litiu lichid pentru a reduce coroziunea pe termen lung.

În plus, oamenii de știință cred că, dacă fuziunea ajută la lupta împotriva încălzirii globale, trebuie să se grăbească. NSTX-U îi va ajuta pe fizicieni să decidă dacă să continue dezvoltarea designului tokamak sferic. Majoritatea reactoarelor de tip tokamak sunt mai puțin ca un măr și mai mult ca o gogoașă, covrigi sau torus. Forma neobișnuită a torului sferic permite utilizarea mai eficientă a câmpului magnetic al bobinelor sale.

„Pe termen lung, am dori să ne dăm seama cum să optimizăm configurația uneia dintre aceste mașini”, spune Martin Greenwald, director asociat al Centrului pentru Științe ale Plasmei și Fuziunii la . „Pentru a face asta, trebuie să știi cum performanța mașinii depinde de ceva ce poți controla, cum ar fi forma.”

Myers urăște să judece cât de departe suntem de puterea de fuziune posibilă din punct de vedere comercial și el poate fi înțeles. La urma urmei, decenii de optimism inevitabil au afectat serios reputația acestui domeniu și au întărit ideea că sinteza este un vis. Cu toate implicațiile financiare.

A fost o lovitură majoră pentru programul de fuziune MIT faptul că federalii au oferit suport pentru tokamak Alcator C-Mid, care produce unul dintre cele mai puternice câmpuri magnetice și demonstrează plasmă de fuziune la cea mai mare presiune. Majoritatea cercetărilor NSTX-U în așteptare vor depinde de sprijinul federal continuu, despre care Myers spune că vine „într-un an”.

Toată lumea trebuie să fie atentă când își cheltuiește dolarii în cercetare, iar unele programe de fuziune au înghițit deja sume incredibile. Luați, de exemplu, ITER, uriașul reactor de fuziune supraconductor aflat în prezent în construcție în Franța. Când a început cooperarea internațională în 2005, a fost anunțată ca un proiect de 5 miliarde de dolari, pe 10 ani. După câțiva ani de eșec, prețul a crescut la 40 de miliarde de dolari. Potrivit celor mai optimiste estimări, instalația va fi finalizată până în 2030.

Și acolo unde ITER este probabil să se umfle ca o tumoare până când rămâne fără resurse și își ucide gazda, programul de fuziune redus al MIT arată cum se poate face cu un buget mult mai mic. Vara trecută, o echipă de absolvenți ai MIT a dezvăluit planuri pentru ARC, un reactor de fuziune cu costuri reduse care va folosi noi materiale supraconductoare la temperatură înaltă pentru a genera aceeași cantitate de energie ca ITER, doar cu un dispozitiv mult mai mic.

„Provocarea pentru fuziune este găsirea unei căi tehnice care să o facă viabilă din punct de vedere economic, ceea ce intenționăm să facem în curând”, spune Greenwald, menționând că conceptul ARC este în prezent urmărit de Inițiativa Energetică a MIT. „Credem că, dacă fuziunea va face o diferență în încălzirea globală, trebuie să ne mișcăm mai repede.”

„Fuziunea promite să fie principala sursă de energie – acesta este, de fapt, scopul nostru final”, spune Robert Rosner, un fizician al plasmei la Universitatea din Chicago și co-fondator al Institutului de Politică Energetică din cadrul acesteia. „În același timp, există o întrebare importantă: cât suntem dispuși să cheltuim acum. Dacă reducem finanțarea până la punctul în care următoarea generație de copii inteligenți nu vrea deloc să o facă, s-ar putea să ieșim cu totul din asta.”

9 iulie 2016

Proiectele inovatoare care utilizează supraconductori moderni vor permite în curând fuziunea termonucleară controlată, spun unii optimiști. Experții prevăd însă că aplicarea practică va dura câteva decenii.

De ce este atât de greu?

Energia de fuziune este considerată o sursă potențială de energie pentru viitor. Aceasta este energia pură a atomului. Dar ce este și de ce este atât de greu de realizat? Pentru început, trebuie să înțelegem diferența dintre fisiunea nucleară clasică și fuziunea termonucleară.

Fisiunea atomului constă în faptul că izotopii radioactivi - uraniu sau plutoniu - sunt scindați și transformați în alți izotopi foarte radioactivi, care apoi trebuie îngropați sau reciclați.

Reacția de fuziune constă în faptul că doi izotopi ai hidrogenului - deuteriu și tritiu - se contopesc într-un singur întreg, formând heliu netoxic și un singur neutron, fără a produce deșeuri radioactive.

Problema de control

Reacțiile care au loc pe Soare sau într-o bombă cu hidrogen sunt fuziunea termonucleară, iar inginerii se confruntă cu o sarcină descurajantă - cum să controleze acest proces la o centrală electrică?

Acesta este un lucru la care oamenii de știință au lucrat încă din anii 1960. Un alt reactor experimental de fuziune numit Wendelstein 7-X a început să funcționeze în orașul Greifswald, din nordul Germaniei. Nu este încă conceput pentru a crea o reacție - este doar un design special care este testat (un stellarator în loc de un tokamak).

plasmă de înaltă energie

Toate instalațiile termonucleare au o caracteristică comună - o formă inelară. Se bazează pe ideea de a folosi electromagneți puternici pentru a crea un câmp electromagnetic puternic în formă de torus - un tub umflat de bicicletă.

Acest câmp electromagnetic trebuie să fie atât de dens încât atunci când este încălzit într-un cuptor cu microunde la un milion de grade Celsius, o plasmă trebuie să apară chiar în centrul inelului. Este apoi aprins pentru ca fuziunea termonucleară să poată începe.

Demonstrarea posibilităților

Două astfel de experimente sunt în curs de desfășurare în Europa. Unul dintre ele este Wendelstein 7-X, care a generat recent prima sa plasmă cu heliu. Celălalt este ITER, o uriașă instalație experimentală de fuziune din sudul Franței, care este încă în construcție și va fi gata să funcționeze în 2023.

Reacții nucleare reale sunt de așteptat să aibă loc la ITER, deși doar pentru o perioadă scurtă de timp și cu siguranță nu mai mult de 60 de minute. Acest reactor este doar unul dintre mulți pași pe drumul spre a face fuziunea nucleară o realitate.

Reactorul de fuziune: mai mic și mai puternic

Recent, mai mulți designeri au anunțat un nou design de reactor. Potrivit unui grup de studenți de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, precum și reprezentanți ai companiei de arme Lockheed Martin, fuziunea poate fi realizată în facilități mult mai puternice și mai mici decât ITER și sunt gata să o facă în termen de zece. ani.

Ideea noului design este de a folosi supraconductori moderni de înaltă temperatură în electromagneți, care își manifestă proprietățile atunci când sunt răciți cu azot lichid, mai degrabă decât cei convenționali, care necesită heliu lichid. Noua tehnologie, mai flexibilă, va face posibilă schimbarea completă a designului reactorului.

Klaus Hesch, care este responsabil cu tehnologia fuziunii nucleare la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din sud-vestul Germaniei, este sceptic. Susține utilizarea de noi supraconductori de înaltă temperatură pentru noi modele de reactoare. Dar, potrivit lui, a dezvolta ceva pe un computer, ținând cont de legile fizicii, nu este suficient. Este necesar să se țină cont de provocările care apar la punerea în practică a unei idei.

Operă științifico-fantastică

Potrivit lui Hesh, modelul studentului MIT arată doar posibilitatea unui proiect. Dar de fapt este multă science fiction. Proiectul presupune că sunt rezolvate probleme tehnice serioase ale fuziunii termonucleare. Dar știința modernă nu are idee cum să le rezolve.

O astfel de problemă este ideea bobinelor pliabile. Electromagneții pot fi demontați pentru a intra în inelul care deține plasma în modelul de design MIT.

Acest lucru ar fi foarte util deoarece s-ar putea accesa obiectele din sistemul intern și le-ar putea înlocui. Dar, în realitate, supraconductorii sunt fabricați din material ceramic. Sute dintre ele trebuie să fie împletite într-un mod sofisticat pentru a forma câmpul magnetic corect. Și aici există dificultăți mai fundamentale: conexiunile dintre ele nu sunt la fel de simple precum conexiunile cablurilor de cupru. Nimeni nu s-a gândit măcar la concepte care ar ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme.

prea cald

Temperatura ridicată este, de asemenea, o problemă. În miezul plasmei de fuziune, temperatura va ajunge la aproximativ 150 de milioane de grade Celsius. Această căldură extremă rămâne pe loc - chiar în centrul gazului ionizat. Dar chiar și în jurul lui este încă foarte fierbinte - de la 500 la 700 de grade în zona reactorului, care este stratul interior al unei țevi metalice în care se va „reproduce” tritiul necesar pentru fuziunea nucleară.

Reactorul de fuziune are o problemă și mai mare - așa-numita eliberare a puterii. Aceasta este partea sistemului care primește combustibil uzat din procesul de fuziune, în principal heliu. Primele componente metalice în care intră gazul fierbinte se numesc „deviator”. Se poate încălzi până la peste 2000°C.

Problemă cu deviatorul

Pentru ca instalația să reziste la astfel de temperaturi, inginerii încearcă să folosească tungstenul metalic folosit în lămpile cu incandescență de modă veche. Punctul de topire al wolframului este de aproximativ 3000 de grade. Dar există și alte limitări.

În ITER, acest lucru se poate face, deoarece încălzirea în el nu are loc constant. Se presupune că reactorul va funcționa doar 1-3% din timp. Dar aceasta nu este o opțiune pentru o centrală electrică care trebuie să funcționeze 24/7. Și, dacă cineva pretinde că poate construi un reactor mai mic cu aceeași putere ca ITER, este sigur să spunem că nu are o soluție la problema deviatorului.

Centrală electrică în câteva decenii

Cu toate acestea, oamenii de știință sunt optimiști cu privire la dezvoltarea reactoarelor termonucleare, deși nu va fi atât de rapidă pe cât prevăd unii entuziaști.

ITER ar trebui să arate că fuziunea controlată poate produce de fapt mai multă energie decât ar fi cheltuită pentru încălzirea plasmei. Următorul pas este construirea unei noi centrale electrice hibride demonstrative care generează efectiv electricitate.

Inginerii lucrează deja la proiectarea acestuia. Ei vor trebui să învețe de la ITER, care este programat să fie lansat în 2023. Având în vedere timpul necesar pentru proiectare, planificare și construcție, pare puțin probabil ca prima centrală de fuziune să fie lansată mult mai devreme de mijlocul secolului XXI.

Cold Fusion Rossi

În 2014, un test independent al reactorului E-Cat a concluzionat că dispozitivul avea o putere medie de 2.800 de wați pe o perioadă de 32 de zile, cu un consum de 900 de wați. Aceasta este mai mult decât orice reacție chimică este capabilă să izoleze. Rezultatul vorbește fie despre o descoperire în fuziunea termonucleară, fie despre fraudă totală. Raportul i-a dezamăgit pe sceptici, care se îndoiesc dacă testul a fost cu adevărat independent și sugerează o posibilă falsificare a rezultatelor testului. Alții au fost ocupați să descopere „ingredientele secrete” care permit fuziunii lui Rossi să reproducă tehnologia.

Rossi este un escroc?

Andrea este impunătoare. El publică proclamații către lume într-o engleză unică în secțiunea de comentarii a site-ului său, numită pretențios Journal of Nuclear Physics. Dar încercările sale anterioare eșuate au inclus un proiect italian de transformare a deșeurilor în combustibil și un generator termoelectric. Petroldragon, un proiect de transformare a deșeurilor în energie, a eșuat în parte pentru că aruncarea ilegală a deșeurilor este controlată de crima organizată italiană, care a depus acuzații penale împotriva acesteia pentru încălcarea reglementărilor privind gestionarea deșeurilor. El a creat și un dispozitiv termoelectric pentru Corpul Inginerilor Armatei SUA, dar în timpul testării, gadgetul a produs doar o fracțiune din puterea declarată.

Mulți nu au încredere în Rossi, iar redactorul-șef al New Energy Times l-a numit fără îndoială un criminal, cu un șir de proiecte energetice eșuate în spate.

Verificare independentă

Rossi a semnat un contract cu compania americană Industrial Heat pentru a efectua un test secret de un an al unei centrale de fuziune la rece de 1 MW. Dispozitivul era un container de transport plin cu zeci de E-Cats. Experimentul a trebuit să fie controlat de o terță parte care să poată confirma că generarea de căldură avea într-adevăr loc. Rossi susține că și-a petrecut o mare parte a anului trecut trăind practic într-un container și supravegheând operațiunile mai mult de 16 ore pe zi pentru a dovedi viabilitatea comercială a E-Cat.

Testul s-a încheiat în martie. Susținătorii lui Rossi au așteptat cu nerăbdare raportul observatorilor, sperând o achitare pentru eroul lor. Dar până la urmă au fost dați în judecată.

Proces

Într-un dosar de judecată din Florida, Rossi susține că testul a avut succes și un arbitru independent a confirmat că reactorul E-Cat produce de șase ori mai multă energie decât consumă. El a mai susținut că Industrial Heat a fost de acord să-i plătească 100 de milioane de dolari - 11,5 milioane de dolari în avans după proba de 24 de ore (aparent pentru drepturi de licență, astfel încât compania să poată vinde tehnologia în SUA) și încă 89 de milioane de dolari după finalizarea cu succes a procesului extins. .în termen de 350 de zile. Rossi l-a acuzat pe IH că derulează o „schemă frauduloasă” pentru a-i fura proprietatea intelectuală. El a acuzat, de asemenea, compania că a deturnat reactoare E-Cat, a copiat ilegal tehnologii și produse inovatoare, funcționalități și design și a abuzat de un brevet asupra proprietății sale intelectuale.

Mina de aur

În altă parte, Rossi susține că, într-una dintre demonstrațiile sale, IH a primit 50-60 de milioane de dolari de la investitori și alte 200 de milioane de dolari din China, după o reluare la care a implicat înalți oficiali chinezi. Dacă acest lucru este adevărat, atunci sunt în joc mai mult de o sută de milioane de dolari. Industrial Heat a respins aceste afirmații ca fiind lipsite de temei și urmează să se apere în mod activ. Mai important, ea susține că „a lucrat mai bine de trei ani pentru a confirma rezultatele pe care Rossi le-ar fi obținut cu tehnologia sa E-Cat, toate fără succes”.

IH nu crede în E-Cat, iar New Energy Times nu vede niciun motiv să se îndoiască de asta. În iunie 2011, un reprezentant al publicației a vizitat Italia, l-a intervievat pe Rossi și a filmat o demonstrație a lui E-Cat. O zi mai târziu, și-a raportat îngrijorările serioase cu privire la metoda de măsurare a puterii termice. După 6 zile, jurnalistul și-a postat videoclipul pe YouTube. Experți din întreaga lume i-au trimis analize, care au fost publicate în iulie. A devenit clar că aceasta a fost o înșelătorie.

Confirmare experimentală

Cu toate acestea, un număr de cercetători - Alexander Parkhomov de la Universitatea de Prietenie a Popoarelor din Rusia și Proiectul Memorial Martin Fleishman (MFPM) - au reușit să reproducă fuziunea la rece a Rusiei. Raportul MFPM a fost intitulat „Sfârșitul erei carbonului este aproape”. Motivul unei astfel de admirații a fost descoperirea unei explozii de radiații gamma, care nu poate fi explicată altfel decât printr-o reacție termonucleară. Potrivit cercetătorilor, Rossi are exact despre ce vorbește.

O rețetă deschisă viabilă pentru fuziunea la rece ar putea declanșa o goană a aurului energetic. S-ar putea găsi metode alternative pentru a ocoli brevetele lui Rossi și a-l ține departe de afacerile cu energie de mai multe miliarde de dolari.

Deci, poate că Rossi ar prefera să evite această confirmare.

Din punct de vedere fizic, problema este formulată simplu. Pentru ca o reacție de fuziune nucleară auto-susținută să aibă loc, este necesar și suficient să se îndeplinească două condiții.

1. Energia nucleelor ​​care participă la reacție trebuie să fie de cel puțin 10 keV. Pentru ca fuziunea nucleară să înceapă, nucleele care participă la reacție trebuie să se încadreze în câmpul forțelor nucleare, a căror rază este de 10-12-10-13 s.cm. Cu toate acestea, nucleele atomice au o sarcină electrică pozitivă, iar sarcinile asemănătoare se resping reciproc. La limita acțiunii forțelor nucleare, energia de repulsie a lui Coulomb este de aproximativ 10 keV. Pentru a depăși această barieră, nucleele din ciocnire trebuie să aibă o energie cinetică de cel puțin nu mai mică decât această valoare.

2. Produsul concentraţiei nucleelor ​​care reacţionează şi timpul de retenţie în care aceştia reţin energia indicată trebuie să fie de cel puţin 1014 s.cm-3. Această condiție - așa-numitul criteriu Lawson - determină limita rentabilității energetice a reacției. Pentru ca energia eliberată în reacția de fuziune să acopere cel puțin costurile energetice ale inițierii reacției, nucleele atomice trebuie să sufere multe ciocniri. În fiecare ciocnire în care are loc o reacție de fuziune între deuteriu (D) și tritiu (T), se eliberează 17,6 MeV de energie, adică aproximativ 3,10-12 J. Dacă, de exemplu, 10 MJ energie este cheltuită la aprindere, atunci Reacția va fi de echilibru dacă cel puțin 3,1018 perechi DT iau parte la ea. Și pentru aceasta, o plasmă de înaltă energie destul de densă trebuie păstrată în reactor mult timp. Această condiție este exprimată de criteriul Lawson.

Dacă ambele cerințe pot fi îndeplinite simultan, se va rezolva problema fuziunii termonucleare controlate.

Cu toate acestea, implementarea tehnică a acestei probleme fizice se confruntă cu dificultăți enorme. La urma urmei, o energie de 10 keV este o temperatură de 100 de milioane de grade. O substanță la o astfel de temperatură poate fi păstrată chiar și fracțiuni de secundă doar în vid, prin izolarea acesteia de pereții instalației.

Dar există o altă metodă pentru a rezolva această problemă - o fuziune la rece. Ce este o fuziune la rece - este un analog al unei reacții termonucleare „fierbinte” care are loc la temperatura camerei.

În natură, există cel puțin două moduri de a schimba materia într-o dimensiune a continuumului. Puteți fierbe apă pe foc, de exemplu. termic sau într-un cuptor cu microunde, de ex. frecvență. Rezultatul este același - apa fierbe, singura diferență este că metoda frecvenței este mai rapidă. De asemenea, folosește atingerea temperaturii ultra-înalte pentru a împărți nucleul atomului. Metoda termică dă o reacție nucleară necontrolată. Energia unei fuziuni la rece este energia stării de tranziție. Una dintre principalele condiții pentru proiectarea unui reactor pentru efectuarea unei reacții de fuziune la rece este starea formei sale piramidal-cristaline. O altă condiție importantă este prezența câmpurilor magnetice și de torsiune rotative. Intersecția câmpurilor are loc în punctul de echilibru instabil al nucleului de hidrogen.

Oamenii de știință Ruzi Taleiarkhan de la Laboratorul Național Oak Ridge, Richard Leikhi de la Universitatea Politehnică. Renssilira și academicianul Robert Nigmatulin - au înregistrat o reacție termonucleară rece în laborator.

Grupul a folosit un pahar de acetonă lichidă de mărimea a două până la trei pahare. Undele sonore au fost transmise intens prin lichid, producând un efect cunoscut în fizică ca cavitație acustică, a cărei consecință este sonoluminiscența. În timpul cavitației, în lichid au apărut bule mici, care au crescut la doi milimetri în diametru și au explodat. Exploziile au fost însoțite de fulgere de lumină și eliberare de energie, de exemplu. temperatura din interiorul bulelor în momentul exploziei a atins 10 milioane de grade Kelvin, iar energia eliberată, conform experimentatorilor, este suficientă pentru a realiza fuziunea termonucleară.

„Tehnic” esența reacției constă în faptul că, în urma combinării a doi atomi de deuteriu, se formează un al treilea - un izotop de hidrogen, cunoscut sub numele de tritiu, și un neutron, caracterizat printr-o cantitate enormă de energie. .

3.1 Probleme economice

La crearea TCB, se presupune că va fi o instalație mare echipată cu computere puternice. Va fi un întreg oraș mic. Dar în cazul unui accident sau a unei defecțiuni a echipamentului, funcționarea stației va fi întreruptă.

Acest lucru nu este prevăzut, de exemplu, în proiectele moderne de centrale nucleare. Se crede că principalul lucru este să le construiești, iar ceea ce se întâmplă în continuare nu este important.

Dar în cazul defectării unei stații, multe orașe vor rămâne fără curent electric. Acest lucru poate fi văzut în exemplul centralei nucleare din Armenia. Eliminarea deșeurilor radioactive a devenit foarte costisitoare. La cererea centralei nucleare verzi a fost închisă. Populația a rămas fără energie electrică, echipamentele centralei au fost uzate, iar banii alocați de organizațiile internaționale pentru restaurare au fost irositi.

O problemă economică serioasă este decontaminarea industriilor abandonate în care se procesa uraniul. De exemplu, "orașul Aktau are propriul său mic" Cernobîl ". Este situat pe teritoriul uzinei chimico-hidrometalurgice (KhGMZ). Radiația de fond cu raze gamma în atelierul de prelucrare a uraniului (HMC) ajunge în unele locuri. 11.000 de micro-roentgens pe oră, nivelul mediu de fond este de 200 de micro-roentgens ( Fondul natural obișnuit este de la 10 la 25 de micro-roentgens pe oră. După oprirea instalației, decontaminarea nu a fost efectuată deloc aici. O semnificativă o parte a echipamentului, aproximativ cincisprezece mii de tone, are deja radioactivitate inamovibilă. În același timp, astfel de articole periculoase sunt depozitate în aer liber, prost păzite și îndepărtate constant de pe teritoriul KhGMZ.

Prin urmare, din moment ce nu există producții eterne, în legătură cu apariția noilor tehnologii, TCB-ul poate fi închis și apoi obiectele, metalele din întreprindere vor intra pe piață și populația locală va avea de suferit.

Apa va fi folosită în sistemul de răcire TCB. Dar, potrivit ecologiștilor, dacă luăm statistici privind centralele nucleare, apa din aceste rezervoare nu este potabilă.

Potrivit experților, rezervorul este plin de metale grele (în special, toriu-232), iar în unele locuri nivelul radiațiilor gamma ajunge la 50 - 60 de microroentgens pe oră.

Adică, acum, în timpul construcției centralelor nucleare, nu sunt prevăzute fonduri care să readucă zona la starea inițială. Și după închiderea întreprinderii, nimeni nu știe să îngroape deșeurile acumulate și să curețe fosta întreprindere.

3.2 Probleme medicale

Efectele nocive ale CTS includ producerea de mutanți ai virușilor și bacteriilor care produc substanțe nocive. Acest lucru este valabil mai ales pentru viruși și bacterii din corpul uman. Apariția tumorilor maligne și a cancerului va fi cel mai probabil o boală comună în rândul locuitorilor din satele care locuiesc în apropierea TCB. Locuitorii suferă întotdeauna mai mult pentru că nu au mijloace de protecție. Dozimetrele sunt scumpe și medicamentele nu sunt disponibile. Deșeurile de la TCF vor fi aruncate în râuri, evacuate în aer sau pompate în straturile subterane, ceea ce se întâmplă acum la centralele nucleare.

Pe lângă daunele care apar imediat după expunerea la doze mari, radiațiile ionizante provoacă efecte pe termen lung. Practic, carcinogeneză și tulburări genetice care pot apărea la orice doză și tip de expunere (unica, cronică, locală).

Potrivit rapoartelor medicilor care au înregistrat boli ale lucrătorilor de la centralele nucleare, mai întâi sunt bolile cardiovasculare (atacuri de cord), apoi cancerul. Mușchiul inimii devine mai subțire sub influența radiațiilor, devine flasc, mai puțin durabil. Există boli destul de de neînțeles. De exemplu, insuficienta hepatica. Dar de ce se întâmplă acest lucru, niciunul dintre medici încă nu știe. Dacă substanțele radioactive pătrund în tractul respirator în timpul unui accident, medicii decupează țesuturile deteriorate ale plămânilor și ale traheei, iar persoana cu dizabilități merge cu un dispozitiv portabil pentru respirație.

4. Concluzie

Omenirea are nevoie de energie, iar nevoia de ea crește în fiecare an. În același timp, rezervele de combustibili naturali tradiționali (petrol, cărbune, gaz etc.) sunt limitate. Există, de asemenea, rezerve limitate de combustibil nuclear - uraniu și toriu, din care plutoniul poate fi obținut în reactoare de reproducere. Rezervele de combustibil termonuclear - hidrogenul - sunt practic inepuizabile.

În 1991, pentru prima dată, a fost posibilă obținerea unei cantități semnificative de energie - aproximativ 1,7 milioane de wați ca urmare a fuziunii nucleare controlate la Laboratorul European Comun (Torus). În decembrie 1993, cercetătorii de la Universitatea Princeton au folosit un reactor de fuziune de tip tokamak pentru a produce o reacție nucleară controlată, energia eliberată fiind de 5,6 milioane de wați. Cu toate acestea, atât reactorul de tip tokamak, cât și laboratorul Torus au cheltuit mai multă energie decât a primit.

Dacă producția de energie de fuziune nucleară devine practic accesibilă, atunci aceasta va oferi o sursă nelimitată de combustibil.

5. Referințe

1) Revista „New Look” (Fizica; Pentru viitoarea elită).

2) Manual de fizică clasa a 11-a.

3) Academia Energiei (analitice; idei; proiecte).

4) Oameni și atomi (William Lawrence).

5) Elemente ale universului (Seaborg și Valens).

6) Dicţionar enciclopedic sovietic.

7) Enciclopedia Encarta 96.

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

Proiectele inovatoare care utilizează supraconductori moderni vor permite în curând fuziunea termonucleară controlată, spun unii optimiști. Experții prevăd însă că aplicarea practică va dura câteva decenii.

De ce este atât de greu?

Energia de fuziune este considerată o sursă potențială.Este energia pură a unui atom. Dar ce este și de ce este atât de greu de realizat? Mai întâi trebuie să înțelegeți diferența dintre fuziunea clasică și cea termonucleară.

Fisiunea atomului constă în faptul că izotopii radioactivi - uraniu sau plutoniu - sunt scindați și transformați în alți izotopi foarte radioactivi, care apoi trebuie îngropați sau reciclați.

Sinteza constă în faptul că doi izotopi ai hidrogenului - deuteriu și tritiu - se contopesc într-un singur întreg, formând heliu netoxic și un singur neutron, fără a produce deșeuri radioactive.

Problema de control

Reacțiile care au loc pe Soare sau într-o bombă cu hidrogen sunt fuziunea termonucleară, iar inginerii se confruntă cu o sarcină descurajantă - cum să controleze acest proces la o centrală electrică?

Acesta este un lucru la care oamenii de știință au lucrat încă din anii 1960. Un alt reactor experimental de fuziune numit Wendelstein 7-X a început să funcționeze în orașul Greifswald, din nordul Germaniei. Nu este încă conceput pentru a crea o reacție - este doar un design special care este testat (un stellarator în loc de un tokamak).

plasmă de înaltă energie

Toate instalațiile termonucleare au o caracteristică comună - o formă inelară. Se bazează pe ideea de a folosi electromagneți puternici pentru a crea un câmp electromagnetic puternic în formă de torus - un tub umflat de bicicletă.

Acest câmp electromagnetic trebuie să fie atât de dens încât atunci când este încălzit într-un cuptor cu microunde la un milion de grade Celsius, o plasmă trebuie să apară chiar în centrul inelului. Este apoi aprins pentru ca fuziunea termonucleară să poată începe.

Demonstrarea posibilităților

Două astfel de experimente sunt în curs de desfășurare în Europa. Unul dintre ele este Wendelstein 7-X, care a generat recent prima sa plasmă cu heliu. Celălalt este ITER, o uriașă instalație experimentală de fuziune din sudul Franței, care este încă în construcție și va fi gata să funcționeze în 2023.

Reacții nucleare reale sunt de așteptat să aibă loc la ITER, deși doar pentru o perioadă scurtă de timp și cu siguranță nu mai mult de 60 de minute. Acest reactor este doar unul dintre mulți pași pe drumul spre a face fuziunea nucleară o realitate.

Reactorul de fuziune: mai mic și mai puternic

Recent, mai mulți designeri au anunțat un nou design de reactor. Potrivit unui grup de studenți de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, precum și reprezentanți ai companiei de arme Lockheed Martin, fuziunea poate fi realizată în facilități mult mai puternice și mai mici decât ITER și sunt gata să o facă în termen de zece. ani.

Ideea noului design este de a folosi supraconductori moderni de înaltă temperatură în electromagneți, care își manifestă proprietățile atunci când sunt răciți cu azot lichid, mai degrabă decât cele convenționale, care necesită o tehnologie nouă, mai flexibilă, care va schimba complet designul reactor.

Klaus Hesch, care este responsabil cu tehnologia la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din sud-vestul Germaniei, este sceptic. Susține utilizarea de noi supraconductori de înaltă temperatură pentru noi modele de reactoare. Dar, potrivit lui, a dezvolta ceva pe un computer, ținând cont de legile fizicii, nu este suficient. Este necesar să se țină cont de provocările care apar la punerea în practică a unei idei.

Operă științifico-fantastică

Potrivit lui Hesh, modelul studentului MIT arată doar posibilitatea unui proiect. Dar de fapt este multă science fiction. Proiectul presupune că sunt rezolvate probleme tehnice serioase ale fuziunii termonucleare. Dar știința modernă nu are idee cum să le rezolve.

O astfel de problemă este ideea bobinelor pliabile. Electromagneții pot fi demontați pentru a intra în inelul care deține plasma în modelul de design MIT.

Acest lucru ar fi foarte util deoarece s-ar putea accesa obiectele din sistemul intern și le-ar putea înlocui. Dar, în realitate, supraconductorii sunt fabricați din material ceramic. Sute dintre ele trebuie să fie împletite într-un mod sofisticat pentru a forma câmpul magnetic corect. Și aici există dificultăți mai fundamentale: conexiunile dintre ele nu sunt la fel de simple precum conexiunile cablurilor de cupru. Nimeni nu s-a gândit măcar la concepte care ar ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme.

prea cald

Temperatura ridicată este, de asemenea, o problemă. În miezul plasmei de fuziune, temperatura va ajunge la aproximativ 150 de milioane de grade Celsius. Această căldură extremă rămâne pe loc - chiar în centrul gazului ionizat. Dar chiar și în jurul lui este încă foarte fierbinte - de la 500 la 700 de grade în zona reactorului, care este stratul interior al unei țevi metalice în care se va „reproduce” tritiul necesar pentru fuziunea nucleară.

Are o problemă și mai mare - așa-numita eliberare de putere. Aceasta este partea sistemului care primește combustibil uzat din procesul de fuziune, în principal heliu. Primele componente metalice în care intră gazul fierbinte se numesc „deviator”. Se poate încălzi până la peste 2000°C.

Problemă cu deviatorul

Pentru ca instalația să reziste la astfel de temperaturi, inginerii încearcă să folosească tungstenul metalic folosit în lămpile cu incandescență de modă veche. Punctul de topire al wolframului este de aproximativ 3000 de grade. Dar există și alte limitări.

În ITER, acest lucru se poate face, deoarece încălzirea în el nu are loc constant. Se presupune că reactorul va funcționa doar 1-3% din timp. Dar aceasta nu este o opțiune pentru o centrală electrică care trebuie să funcționeze 24/7. Și, dacă cineva pretinde că poate construi un reactor mai mic cu aceeași putere ca ITER, este sigur să spunem că nu are o soluție la problema deviatorului.

Centrală electrică în câteva decenii

Cu toate acestea, oamenii de știință sunt optimiști cu privire la dezvoltarea reactoarelor termonucleare, deși nu va fi atât de rapidă pe cât prevăd unii entuziaști.

ITER ar trebui să arate că fuziunea controlată poate produce de fapt mai multă energie decât ar fi cheltuită pentru încălzirea plasmei. Următorul pas este construirea unei noi centrale electrice hibride demonstrative care generează efectiv electricitate.

Inginerii lucrează deja la proiectarea acestuia. Ei vor trebui să învețe de la ITER, care este programat să fie lansat în 2023. Având în vedere timpul necesar pentru proiectare, planificare și construcție, pare puțin probabil ca prima centrală de fuziune să fie lansată mult mai devreme de mijlocul secolului XXI.

Cold Fusion Rossi

În 2014, un test independent al reactorului E-Cat a concluzionat că dispozitivul avea o putere medie de 2.800 de wați pe o perioadă de 32 de zile, cu un consum de 900 de wați. Aceasta este mai mult decât orice reacție chimică este capabilă să izoleze. Rezultatul vorbește fie despre o descoperire în fuziunea termonucleară, fie despre fraudă totală. Raportul i-a dezamăgit pe sceptici, care se îndoiesc dacă testul a fost cu adevărat independent și sugerează o posibilă falsificare a rezultatelor testului. Alții au fost ocupați să descopere „ingredientele secrete” care permit fuziunii lui Rossi să reproducă tehnologia.

Rossi este un escroc?

Andrea este impunătoare. El publică proclamații către lume într-o engleză unică în secțiunea de comentarii a site-ului său, numită pretențios Journal of Nuclear Physics. Dar încercările sale anterioare eșuate au inclus un proiect italian de transformare a deșeurilor în combustibil și un generator termoelectric. Petroldragon, un proiect de transformare a deșeurilor în energie, a eșuat în parte pentru că aruncarea ilegală a deșeurilor este controlată de crima organizată italiană, care a depus acuzații penale împotriva acesteia pentru încălcarea reglementărilor privind gestionarea deșeurilor. El a creat și un dispozitiv termoelectric pentru Corpul Inginerilor Armatei SUA, dar în timpul testării, gadgetul a produs doar o fracțiune din puterea declarată.

Mulți nu au încredere în Rossi, iar redactorul-șef al New Energy Times l-a numit fără îndoială un criminal, cu un șir de proiecte energetice eșuate în spate.

Verificare independentă

Rossi a semnat un contract cu compania americană Industrial Heat pentru a efectua un test secret de un an al unei centrale de fuziune la rece de 1 MW. Dispozitivul era un container de transport plin cu zeci de E-Cats. Experimentul a trebuit să fie controlat de o terță parte care să poată confirma că generarea de căldură avea într-adevăr loc. Rossi susține că și-a petrecut o mare parte a anului trecut trăind practic într-un container și supravegheând operațiunile mai mult de 16 ore pe zi pentru a dovedi viabilitatea comercială a E-Cat.

Testul s-a încheiat în martie. Susținătorii lui Rossi au așteptat cu nerăbdare raportul observatorilor, sperând o achitare pentru eroul lor. Dar până la urmă au fost dați în judecată.

Proces

Într-un dosar de judecată din Florida, Rossi susține că testul a avut succes și un arbitru independent a confirmat că reactorul E-Cat produce de șase ori mai multă energie decât consumă. El a mai susținut că Industrial Heat a fost de acord să-i plătească 100 de milioane de dolari - 11,5 milioane de dolari în avans după proba de 24 de ore (aparent pentru drepturi de licență, astfel încât compania să poată vinde tehnologia în SUA) și încă 89 de milioane de dolari după finalizarea cu succes a procesului extins. .în termen de 350 de zile. Rossi l-a acuzat pe IH că derulează o „schemă frauduloasă” pentru a-i fura proprietatea intelectuală. El a acuzat, de asemenea, compania că a deturnat reactoare E-Cat, a copiat ilegal tehnologii și produse inovatoare, funcționalități și design și a abuzat de un brevet asupra proprietății sale intelectuale.

Mina de aur

În altă parte, Rossi susține că, într-una dintre demonstrațiile sale, IH a primit 50-60 de milioane de dolari de la investitori și alte 200 de milioane de dolari din China, după o reluare la care a implicat înalți oficiali chinezi. Dacă acest lucru este adevărat, atunci sunt în joc mai mult de o sută de milioane de dolari. Industrial Heat a respins aceste afirmații ca fiind lipsite de temei și urmează să se apere în mod activ. Mai important, ea susține că „a lucrat mai bine de trei ani pentru a confirma rezultatele pe care Rossi le-ar fi obținut cu tehnologia sa E-Cat, toate fără succes”.

IH nu crede în E-Cat, iar New Energy Times nu vede niciun motiv să se îndoiască de asta. În iunie 2011, un reprezentant al publicației a vizitat Italia, l-a intervievat pe Rossi și a filmat o demonstrație a lui E-Cat. O zi mai târziu, și-a raportat îngrijorările serioase cu privire la metoda de măsurare a puterii termice. După 6 zile, jurnalistul și-a postat videoclipul pe YouTube. Experți din întreaga lume i-au trimis analize, care au fost publicate în iulie. A devenit clar că aceasta a fost o înșelătorie.

Confirmare experimentală

Cu toate acestea, un număr de cercetători - Alexander Parkhomov de la Universitatea de Prietenie a Popoarelor din Rusia și Proiectul Memorial Martin Fleishman (MFPM) - au reușit să reproducă fuziunea la rece a Rusiei. Raportul MFPM a fost intitulat „Sfârșitul erei carbonului este aproape”. Motivul unei asemenea admirații a fost descoperirea, care nu poate fi explicată altfel decât printr-o reacție termonucleară. Potrivit cercetătorilor, Rossi are exact despre ce vorbește.

O rețetă deschisă viabilă pentru fuziunea la rece ar putea declanșa o goană a aurului energetic. S-ar putea găsi metode alternative pentru a ocoli brevetele lui Rossi și a-l ține departe de afacerile cu energie de mai multe miliarde de dolari.

Deci, poate că Rossi ar prefera să evite această confirmare.

Articolul discută motivele pentru care fuziunea termonucleară controlată nu și-a găsit încă aplicație industrială.

Când exploziile puternice au zguduit Pământul în anii 1950 bombe termonucleare, se părea că înainte de utilizare pașnică energie de fuziune nucleară a mai rămas foarte puțin: unul sau două decenii. Au existat temeiuri pentru un asemenea optimism: din momentul în care a fost folosită bomba atomică și până la crearea unui reactor care generează electricitate, au trecut doar 10 ani.

Dar sarcina de a reduce fuziunea termonucleara s-a dovedit a fi extraordinar de dificil. Deceniile au trecut unul după altul, iar accesul la rezerve nelimitate de energie nu a putut fi obținut. În acest timp, omenirea, ardând resursele fosile, a poluat atmosfera cu emisii și a supraîncălzit-o cu gaze cu efect de seră. Dezastrele de la Cernobîl și Fukushima-1 au discreditat energia nucleară.

Ce a împiedicat stăpânirea unui proces atât de promițător și sigur de fuziune termonucleară, care ar putea înlătura pentru totdeauna problema furnizării de energie a omenirii?

Inițial, era clar că pentru ca reacția să continue, este necesar să se apropie nucleele de hidrogen atât de aproape încât forțele nucleare să poată forma nucleul unui nou element - heliu, cu eliberarea unei cantități semnificative de energie. Dar nucleele de hidrogen sunt respinse unele de altele de forțele electrice. O evaluare a temperaturilor și presiunilor la care începe o reacție termonucleară controlată a arătat că niciun material nu poate rezista la astfel de temperaturi.

Din aceleași motive, deuteriul pur, un izotop al hidrogenului, a fost și el respins. După ce au cheltuit miliarde de dolari și decenii de timp, oamenii de știință au reușit în sfârșit să aprindă o flacără termonucleară pentru o perioadă foarte scurtă de timp. Rămâne să înveți cum să ții plasma de fuziune suficient de mult. A fost necesar să se treacă de la simularea pe computer la construcția unui reactor real.

În această etapă, a devenit clar că eforturile și fondurile unui stat individual nu ar fi suficiente pentru a construi și exploata instalații pilot și pilot. În cadrul cooperării internaționale, s-a decis implementarea unui proiect de reactor termonuclear experimental în valoare de peste 14 miliarde de dolari.

Dar în 1996, Statele Unite și-au încetat participarea și, în consecință, finanțarea proiectului. De ceva timp, implementarea a fost finanțată de Canada, Japonia și Europa, dar construcția reactorului nu a ajuns niciodată la bun sfârșit.

Al doilea proiect, de asemenea internațional, este implementat în Franța. Retenția de plasmă pe termen lung apare datorită unei forme speciale a câmpului magnetic - sub formă de sticlă. Baza acestei metode a fost pusă de fizicienii sovietici. Primul Instalare „Tokamak”. ar trebui să ofere producției mai multă energie decât este cheltuită pentru aprinderea și reținerea plasmei.

Până în 2012, instalarea reactorului ar fi trebuit să fie finalizată, dar încă nu există informații despre funcționarea cu succes. Poate că revoltele economice din ultimii ani și-au adus propriile ajustări la planurile oamenilor de știință.

Dificultăți în realizarea fuziunii controlate a dat naștere la multe speculații și relatări false despre așa-zisa reacție de fuziune termonucleară „rece” a nucleelor.În ciuda faptului că nu au fost găsite încă posibilități fizice sau legi, mulți cercetători susțin existența acesteia. La urma urmei, miza este prea mare: de la premiile Nobel pentru oameni de știință până la dominația geopolitică a unui stat care a stăpânit o astfel de tehnologie și a câștigat acces la abundența energetică.

Dar fiecare astfel de mesaj se dovedește a fi exagerat sau de-a dreptul fals. Oamenii de știință serioși consideră existența unei astfel de reacții cu scepticism.

Posibilitățile reale de stăpânire a sintezei și a începerii funcționării industriale a reactoarelor termonucleare sunt împinse înapoi la mijlocul secolului XXI. Până în acest moment, va fi posibil să selectați materialele necesare și să stabiliți funcționarea în siguranță a acestuia. Deoarece astfel de reactoare vor funcționa cu plasmă cu densitate foarte mică, siguranța centralelor de fuziune va fi mult mai mare decât centralele nucleare.

Orice încălcare în zona de reacție va „stinge” imediat flacăra termonucleară. Dar măsurile de siguranță nu trebuie neglijate: puterea unitară a reactoarelor va fi atât de mare încât un accident, chiar și în circuitele de extracție a căldurii, poate duce atât la victime, cât și la poluarea mediului. Problema rămâne mică: să așteptăm 30-40 de ani și să vedem epoca abundenței energetice. Dacă trăim, desigur.