Globalna jedrska grožnja se je v zadnjih mesecih povečala po trditvah, da Severna Koreja gradi jedrsko orožje, in grožnji predsednika Donalda Trumpa proti nevarnemu vodji države. Naraščajoče napetosti so celo povzročile, da se je ura Doomsday premaknila bližje polnoči.
Kljub temu, da lahko uniči svet in ogrozi naš obstoj, ima jedrska energija tudi potencial, da reši nujne potrebe planeta po moči.
V zadnjih letih so množice zasebnih podjetij skočile v raziskovalno skupino zaradi napredka v tehnologiji in našega razumevanja stvari, kot so superprevodniki. Google se je pred kratkim združil s strokovnjaki za jedrsko fuzijo, da bi razvil algoritem za reševanje zapletenih energetskih problemov, MIT pa je pred kratkim dejal, da bi lahko jedrska fuzija v omrežju prišla v samo 15 letih.
V zadnjem času znanstveniki menijo, da so s pogledom na eksplodirajoče zvezde morda odkrili eno od skrivnosti jedrske fuzije. Ekipa izSkupina Centra za laserske eksperimentalne astrofizične raziskave Univerze v Michiganu je preučila, kako toplota igra vlogo pri mešanju materialov med supernovami - svetlobna točka, ki nastane, ko zvezda konča življenje in eksplodira. Te eksplozije pošljejo ogromno energije, v nekaterih primerih več kot naše sonce v celotni življenjski dobi.
Vloga toplote pri takšnih fuzijskih reakcijah v vesolju je bila v glavnem prezrta in znanstveniki poskušajo posnemati takšne reakcije na Zemlji, da bi pomagali pri prebojih jedrske energije. Z mešanjem različnih plazm z različnimi elementi, vključno z železom, ogljikovim helijem in vodikom v laboratorijskih razmerah, so raziskovalci lahko ugotovili, da pretoki energije povzročajo dvig in padec toplote, kar pomembno vpliva na to, kako se elementi mešajo z plazme. To v prejšnjih poskusih ni bilo upoštevano na ta način in bi lahko končno imelo ključ do bolj trajnostne jedrske fuzije na Zemlji. Raziskava je objavljena v Nature Communications.
Kaj je jedrska energija?
Medtem ko ima jedrska energija potencial, da človeku zagotovi skoraj neomejeno energijo, fizika jedrske energije vključuje interakcije med nekaterimi najmanjšimi delci, ki si jih lahko zamislimo. V središču vsakega atoma v vesolju leži majhna zbirka protonov in nevtronov, imenovana jedro. Število protonov in nevtronov v jedru določa, kateri element je atom, jedro pa predstavlja večino mase tega atoma.
Znotraj jedra so protoni in nevtroni med seboj povezani z eno od štirih temeljnih sil v fiziki, imenovano močna sila. Kot že ime pove, je močna sila najmočnejša od vseh štirih, vendar deluje le v majhnih razdaljah - kot tiste znotraj jedra. Drugi sogravitacijski, elektromagnetni in šibek. Ta video opisuje razlike in kako vplivajo na nas:
Atomi so v glavnem prazen prostor. Če bi bil atom velik kot nogometni stadion, bi bilo jedro približno veliko kot muha na sredini. Drugi del atoma so elektroni v oblaku, ki krožijo okoli jedra atoma, vendar močna sila ne velja za elektrone. Namesto tega jih vežejo elektromagnetne sile, saj imajo negativno naboj, medtem ko je jedro pozitivno nabito.
Na splošno jedrska fizika vključuje izdelavo ali lomljenje jedra. Oboje je proces, skozi katerega se izgubi majhen delček mase, ki sprosti ogromno energije.
Zakaj je jedrska energija tako pomembna?
Od petdesetih let prejšnjega stoletja fiziki poskušajo posnemati proces, ki poganja Sonce, z nadzorovanjem fuzije atomov vodika v helij. Ključno za izkoriščanje te moči je omejiti izredno vroče kroglice vodikovega plina, imenovane plazme, dokler količina energije, ki izhaja iz fuzijskih reakcij, ne doseže večje vrednosti, kot je bila vložena. bi bil tehnološki preboj in bi lahko zagotovil neomejen in bogat vir energije brez ogljika.
Verjetno boste vedeli za najbolj znano Einsteinovo enačbo, E = mc ^ 2. To navaja, da je količina energije, ki se sprosti, ko se izgubi majhen košček mase, enaka tej masi, pomnoženi s hitrostjo svetlobe na kvadrat. Hitrost svetlobe je precej velika.
Glej sorodno rusko plavajočo jedrsko elektrarno v Černobilu, ki je pravkar izplula Faraday Challenge: vlada bo vložila 246 milijonov funtov v to, da bo Združeno kraljestvo postalo vodilno podjetje na področju baterijske tehnologije Zemljevid jedrske bombe razkriva, kako verjetno boste preživeli jedrski napad Kaj je Trident? Britansko jedrsko odvračilno sredstvo je razložilo katastrofe v Černobilu in Fukušimi: Kaj se zgodi z območji izključitve jedrskega območja, ko ljudje odidejo?
Najmanjše jedro katerega koli elementa je sestavljeno iz samo enega protona, ki ga najdemo v vodikovih atomih. Vodik je skupaj s helijem, litijem in berilijem najlažji elementi v vesolju, kar pomeni, da za njihovo tvorbo ni potrebno veliko energije. Ti lahki elementi so nastali na samem začetku vesolja, ko je bilo staro približno tri minute in dovolj hladno, da so se protoni in nevtroni lahko povezali. To je eden od razlogov, zakaj vodikove plazme veljajo za najboljši vir pridobivanja jedrske energije na Zemlji.
Po teh prvih štirih elementih je vesolje udarilo v zid. Potrebno je bilo več energije za naslednjih 88 elementov v periodnem sistemu, da bi premagali protone, ki se med seboj odbijajo s svojimi pozitivnimi naboji, in za to mora začeti veljati jedrska fuzija.
Kaj je torej jedrska fuzija?
Skoraj vse okoli nas je bilo ustvarjeno znotraj zvezde. Zvezde začnejo z vodikom, ki ga stisnejo skupaj in tvorijo helij. Ta postopek se nadaljuje, sprošča energijo in segreva zvezdo.
Prav ta reakcija, pri kateri se vodik uporablja kot gorivo, je podobna znanstvenikom in skupinamTAE Technologiesposkušajo posnemati, da bi dosegli jedrsko fuzijsko moč. Ko se jedra devterija in tricija, ki jih lahko najdemo v vodiku, zlijejo, tvorijo jedro helija, nevtron in veliko energije.
kako prodati divjad na pari
Ker jedrska fuzija za začetek reakcij zahteva ogromno energije, se je izkazalo, da je postopek težko kopirati na Zemlji. Potrebni so neizmerni pritiski in temperature okoli 150 milijonov stopinj, da se atomi združijo v fuzijskem reaktorju.
Ko zvezdi v velikosti jedra našega sonca zmanjka vodika (njen vir goriva), začne umirati. Umirajoča zvezda se razširi v rdečega velikana in začne tvoriti atome ogljika s spajanjem atomov helija. Večje zvezde lahko v nadaljnjem nizu jedrskih izgorevanj ustvarijo težje elemente, od kisika do železa. Vse, kar je težje od železa, nastane v supernovi, orjaški eksploziji na koncu življenja velike zvezde.
Kako je jedrska fuzija povezana z jedrsko cepitvijo?
Jedrska energija, kakršno poznamo na Zemlji, uporablja drugačno jedrsko reakcijo, imenovano fisija.
Ko se elementi začnejo širiti, na primer uran ali plutonij, z več protoni in nevtroni, zapakiranimi v jedro, jih je mogoče razbiti nazaj na manjše elemente, tako da jih udarimo z nevtroni. Posledica tega je tudi sprememba mase, ki sprošča ogromne količine energije.
Težava je v tako imenovanih stranskih produktih reakcij. Te snovi so zelo radioaktivne, zaradi česar so neverjetno nevarne in to je najpomembnejša slabost jedrske energije.
Z radioaktivnimi odpadki je treba ravnati neverjetno previdno in najboljši način, kako se jih trenutno rešimo, je zakopavanje globoko pod zemljo. Toda jedrski reaktorji so nevarna mesta in nesreče, v katerih so uhajali radioaktivni odpadki, so povzročile strašne posledice, kot sta katastrofa v Černobilu leta 1986 in Fukušima.
Katera podjetja se ukvarjajo z jedrsko fuzijo?
Z
Raziskovalci na MIT so v sodelovanju z zasebnim podjetjem Commonwealth Fusion Systems pred kratkim zasnovali novo generacijo fuzijskih poskusov in elektrarn, ki uporabljajo visokotemperaturne superprevodnike. Čeprav še ni realizirano, si partnerstvo prizadeva za izdelavo kompaktne naprave, imenovane SPARC.
Ko so superprevodni elektromagneti za SPARC so bili razviti, predvidoma v naslednjih treh letih, jih bo SPARC uporabil za ustvarjanje 100 milijonov vatov ali 100 megavatov (MW) fuzijske moči. Te toplote sicer ne bo spremenil v elektriko, proizvedel pa bo toliko energije, kot jo porabi majhno mesto - več kot dvakrat toliko kot nekoč za ogrevanje plazme, na koncu pa bo prvič iz fuzije ustvaril pozitivno neto energijo. Če bo uspešen, bi to lahko pomagalo ustvariti celovit prototip fuzijske elektrarne in v samo 15 letih postaviti svet na pot k jedrski fuziji.
Ta raziskava izhaja iz dela, ki sta ga opravila Google inTAE Technologies, ki se imenuje največja zasebna fuzijska družba na svetu, in njen velikanski stroj za ionizirano plazmo C2-U. Google je zgradil algoritem, namenjen pospeševanju poskusov v fiziki plazme, končni cilj Tri Alpha Energy pa je, podobno kot CFS, izgradnja prve komercialne elektrarne na fuzijski osnovi. Hitreje kot lahko dokonča eksperimente, hitreje in ceneje lahko doseže ta cilj in svet premakne k bolj trajnostnemu, čistemu viru energije.
PREBERITE NAPREJ: Preživeti jedrski napad
Okrepljene raziskave jedrske fuzije v zasebnem sektorju odražajo veliko nagrado - obilen, okolju odgovoren in varen nov način pridobivanja električne energije, profesor Ian Chapman, predsednik uprave Združenega kraljestva za atomsko energijo rekel .
Da bi lahko izvedli tovrstne poskuse, je treba plazmo - izjemno vroče kroglice plina - zapirati dlje časa.TAE Technologiesomejuje te plazme z uporabo metode, imenovane konfiguracija z obratno polje ki naj bi postajal stabilnejši, ko se energija poveča, v nasprotju z drugimi metodami, pri katerih je plazmo težje nadzorovati, ko jih segrevate.
TAE Technologies “C-2U te eksperimente potiska do meje, koliko električne energije je mogoče uporabiti za ustvarjanje in omejevanje plazme v tako majhnem prostoru v tako kratkem času. Optimizacija njegovih nastavitev (naprava ima več kot 1.000 gumbov) in upravljanje vedenja plazme je zapleten problem in tu nastopi Googlov algoritem optometrista.
Kot Googlov starejši inženir programske opreme Ted Baltz pojasnjuje , stroj C-2U sproži plazemski posnetek vsakih osem minut in vsak potek vključuje ustvarjanje dveh vrtečih se kapljic plazme v vakuumu C-2U. Te kapljice se zdrobijo s hitrostjo več kot 600.000 milj na uro, da se ustvari večja, bolj vroča, vrtljiva krogla plazme.
PREBERITE NAPREJ: Kaj je algoritem ?
Nato kroglo plazme neprekinjeno zadenemo z žarki delcev iz nevtralnih atomov vodika, da se ta vrti. Magnetna polja držijo predilno kroglo celo 10 milisekund. Googlove algoritem upošteva vse parametre od števila nastavitev do kakovosti vakuuma in stabilnosti elektronov, da človeškim fizikom predstavi rešitve.
Kako delujejo jedrske bombe?
ZDA so bile prva država, ki je razvila jedrsko orožje, sledila jim je Rusija leta 1949. Po ocenah leta 2016 imajo ZDA približno 7000 jedrskih konic, vključno z upokojenim, skladiščenim in razporejenim orožjem. Rusija naj bi imela približno 7.300 bojnih glav, Francija približno 300, Združeno kraljestvo pa 215. Severna Koreja, ki velja za eno najpomembnejših jedrskih groženj sodobnega časa, ima neznano število naprav, čeprav ocene štejejo okoli 10 .
Vse jedrsko orožje uporablja fisijo, da povzroči uničujoče eksplozije. Zgodnje orožje, med drugim Mali fant, ki je padel na Hirošimo med drugo svetovno vojno, je ustvarilo kritično maso, potrebno za zagon verižne reakcije cepitve sstreljanje votle cilindre urana-235 v tarčo iz istega materiala.
PREBERI VEČ: Kaj je vodikova bomba?
Ta tehnika je v zadnjih letih napredovala in v sodobnem orožju je kritična masa odvisna od gostote materiala. To orožje detonira kemične eksplozive okoli tako imenovane kovine urana-235 ali plutonija-239. Ti izotopi so najpogostejši elementi, ki lahko prehajajo skozi cepitev. Uran in plutonij se naravno nahajata v nahajališčih mineralov, čeprav v majhnih količinah (manj kot 1% pri uranu in še manj pri plutoniju), kar pomeni, da jih je treba izdelati. To je drag in dolgotrajen postopek in je glavna ovira za svobodnejšo gradnjo jedrskih bomb.
PREBERITE NAPREJ: Kakšna je razlika med vodikovo in atomsko bombo?
kako spremeniti robove v dokumentih
V sodobnih jedrskih eksplozijah eksplozija piha navznoter in atome v jami sili skupaj. Ko je kritična masa dosežena, se z nevtroni ustvari cepitvena verižna reakcija, ki nato povzroči atomsko eksplozijo. Termonuklearno fuzijsko orožje energijo eksplozije fisije uporablja za siljenje izotopov vodika, skupaj ustvarja ognjeno kroglo, ki se približuje temperaturam, vročim kot sonce.
