Víme, že lidská zvědavost vše ovládat vedla k objevu velkého technologického pokroku. Jedním z velkých problémů, kterým lidská bytost v tomto století čelí, je energetická krize. To znamená, že k provedení jaderné fúze musí být vyvinuty všechny nezbytné aspekty. The umělé slunce v Číně je blízko k dosažení jaderné fúze a ukončení problémů energetické krize.
V tomto článku vám řekneme, co je umělé slunce v Číně, jaké jsou jeho vlastnosti a jak důležité je pro globální energetické paradigma.
Co je čínské umělé slunce
Říkají tomu umělé slunce, protože využívá stejný zdroj energie jako naše nejbližší hvězda. Je to jeden z nejslibnějších pokroků ve vědě s technickým názvem fúze: téměř čistý zdroj energie, který velmoci pronásledují už desítky let. Tak moc, že se před padesáti lety říkalo, že jich zbylo jen padesát...
Zdá se však, že se blížíme. Mimo jiné proto, že Čína právě překonala rekord v nejdelší reakci jaderné fúze: 120 milionů stupňů Celsia po dobu 101 sekund.
Nejprve si vysvětlíme, co jaderná fúze skutečně je. Konvenční jaderné elektrárny fungují tak, že uvolňují energii ze štěpení. Tedy „rozbít“ atom. Obohacený uran bombardovaný neutrony se tedy používá ke spuštění jaderné řetězové reakce.
Tyto továrny jsou v provozu více než půl století. Charakteristický, První jaderná elektrárna připojená k síti byla dokončena v Sovětském svazu v roce 1954. Jak nám však ukazuje série jaderných katastrof v Černobylu, nejsou bez rizika.
Na jedné straně tu máme nekontrolované řetězové reakce. I když následky byly katastrofální, takové události jsou extrémně abnormální. Skutečným problémem jaderného štěpení je odpad, který produkuje a který může zůstat nebezpečně radioaktivní po stovky let.
Naopak jaderná fúze nebo umělé slunce nabízejí schopnost bezpečně vyrábět energii s malým nebo žádným odpadem. Díky své nízké uhlíkové stopě by mohl být silným nástrojem v boji proti změně klimatu.
Jak je dosaženo jaderné fúze
Jak je toho dosaženo? V podstatě spojuje dvě lehká jádra do jednoho těžkého jádra a vystavuje je obrovskému tlaku a extrémně vysokým teplotám. Reakce také uvolňuje energii, protože výsledná jádra jsou méně hmotná než samotná první dvě jádra.
Palivo používané k vytvoření umělého slunce je obvykle založeno na izotopech deuteria a tritia. Deuterium lze extrahovat z mořské vody, zatímco tritium lze extrahovat z lithia.. Oba prvky jsou hojné v absolutním množství, ve srovnání s uranem téměř nekonečné. Například deuterium v jednom litru mořské vody může produkovat energii odpovídající třem stům litrů ropy.
Abychom pochopili energii uvolněnou během fúze, stačí vzít v úvahu, že několik gramů paliva může generovat terajouly: dost na to, aby pokryl energetické potřeby člověka ve vyspělé zemi na šest let.
Fúzní reakce také produkují odpad. Většina z toho je helium, inertní plyn. Vzniká však také malá množství radioaktivního odpadu odvozeného z tritia.
Naštěstí se rozpadají mnohem dříve než jejich štěpné protějšky. Konkrétně je lze znovu použít nebo recyklovat za méně než sto let. Na druhé straně tok neutronů, ke kterému dochází při fúzi, ovlivňuje okolní materiály, které se bez ochrany postupně stávají radioaktivními. Proto, dalším zásadním aspektem bude stínění konstrukce reaktoru.
Jak funguje umělé slunce v Číně
Dobře, nyní máme naše tritium a deuterium paliva a základní principy fungování. Ale jak přesně tento proces funguje? Zde tedy začínají úskalí při přechodu od teorie k praxi.
Jak jsme očekávali, bylo nutné použít velmi vysoké tlaky a teploty. Dost na to, aby se palivo proměnilo v extrémně horkou plazmu. Atomy se musí navzájem srážet při teplotách nejméně 100 milionů stupňů Celsia, dostatečným tlakem, aby je přivedl tak blízko k sobě, že jaderná přitažlivost překoná elektrické odpuzování.
Vytvoření hrubé rovnoběžnosti je jako překonat odpuzování dvou magnetů stejné polarity, dokud je nedokážete slepit. K dosažení těchto extrémních podmínek se k zaostření paliva používají magnetická pole a výkonné laserové paprsky. Jakmile je dosaženo stavu hyperhorké plazmy, musí se pokračovat v přidávání paliva a zároveň se snažit kontrolovat vysoké emise tepla bez zničení reaktoru.
Samozřejmě na světě neexistuje žádný materiál, který by vydržel 100 milionů stupňů Celsia, aniž by se okamžitě roztavil. Zde vstupuje do hry zadržování plazmatu a toho je dosaženo prostřednictvím různých typů reaktorů.
Nejnovější pokroky v jaderné fúzi
Jak jsme původně očekávali, jeden z posledních vývojů v jaderné fúzi představuje Čínu. V květnu 2021 výzkumníci z Southwest Institute of Physics (SWIP) v Chengdu v Číně oznámili, že jejich reaktor HL-2M překonal všechny rekordy v experimentech s jadernou fúzí.
Přestože jde o složitý proces, největší výzvou není samotná fúze, jak se v posledních letech podařilo v mnoha reaktorech. Skutečnou výzvou je udržet ji v průběhu času: jen málo lidí je schopno udělat více než několik sekund.
Právě tam získali vědci SWIP medaili: dosáhli teploty 150 milionů stupňů Celsia na 101 sekund. Předchozí rekord držela Jižní Korea s 20 sekundami.
Tento reaktor podobný tokamaku je propagován jako „umělé slunce“, ale ve skutečnosti je desetkrát teplejší než jádro Slunce. Všechny oči se nyní upírají na dosud největší mezinárodní sázku: ITER. Tento skvělý projekt zahrnuje 35 zemí, které právě dokončily první fázi výstavby. Pokud vše půjde dobře, konečný reaktor bude schopen kolem roku 500 vyrábět 2035 megawattů elektřiny.
Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o umělém sólu z Číny a jeho vlastnostech.