Γνωρίζουμε ότι η ανθρώπινη περιέργεια να ελέγξει τα πάντα έχει οδηγήσει στην ανακάλυψη μεγάλων τεχνολογικών προόδων. Ένα από τα μεγάλα προβλήματα που αντιμετωπίζει ο άνθρωπος αυτόν τον αιώνα είναι η ενεργειακή κρίση. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να αναπτυχθούν όλες οι απαραίτητες πτυχές για την πραγματοποίηση της πυρηνικής σύντηξης. ο τεχνητός ήλιος της Κίνας είναι κοντά στην επίτευξη της πυρηνικής σύντηξης και στον τερματισμό των προβλημάτων της ενεργειακής κρίσης.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε τι είναι ο τεχνητός ήλιος στην Κίνα, ποια είναι τα χαρακτηριστικά του και πόσο σημαντικός είναι για το παγκόσμιο ενεργειακό παράδειγμα.
Τι είναι ο τεχνητός ήλιος της Κίνας
Τον αποκαλούν τεχνητό ήλιο επειδή χρησιμοποιεί την ίδια πηγή ενέργειας με το πλησιέστερο αστέρι μας. Είναι μια από τις πιο ελπιδοφόρες εξελίξεις στην επιστήμη, με μια τεχνική ονομασία που ονομάζεται fusion: μια σχεδόν καθαρή πηγή ενέργειας που οι μεγάλες δυνάμεις κυνηγούν εδώ και δεκαετίες. Τόσο που πριν από πενήντα χρόνια έλεγαν ότι είχαν μείνει μόνο πενήντα...
Ωστόσο, φαίνεται ότι πλησιάζουμε. Μεταξύ άλλων, επειδή η Κίνα μόλις έσπασε το ρεκόρ για τη μεγαλύτερης διάρκειας αντίδραση πυρηνικής σύντηξης: 120 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου για 101 δευτερόλεπτα.
Αρχικά, θα προχωρήσουμε και θα εξηγήσουμε τι είναι πραγματικά η πυρηνική σύντηξη. Οι συμβατικοί πυρηνικοί σταθμοί λειτουργούν απελευθερώνοντας ενέργεια από τη σχάση. Δηλαδή «σπάσε» το άτομο. Έτσι, το εμπλουτισμένο ουράνιο που βομβαρδίζεται με νετρόνια χρησιμοποιείται για να ξεκινήσει μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση.
Αυτά τα εργοστάσια λειτουργούν για περισσότερο από μισό αιώνα. Ειδικός, Ο πρώτος συνδεδεμένος στο δίκτυο πυρηνικός σταθμός ολοκληρώθηκε στη Σοβιετική Ένωση το 1954. Ωστόσο, όπως μας δείχνει η σειρά των πυρηνικών καταστροφών του Τσερνομπίλ, δεν είναι χωρίς κίνδυνο.
Από τη μια έχουμε ανεξέλεγκτες αλυσιδωτές αντιδράσεις. Αν και οι συνέπειες ήταν καταστροφικές, τέτοια γεγονότα είναι εξαιρετικά αφύσικα. Το πραγματικό πρόβλημα με την πυρηνική σχάση είναι τα απόβλητα που παράγει, τα οποία μπορούν να παραμείνουν επικίνδυνα ραδιενεργά για εκατοντάδες χρόνια.
Αντίθετα, πυρηνική σύντηξη ή τεχνητός ήλιος προσφέρουν τη δυνατότητα ασφαλούς παραγωγής ενέργειας με ελάχιστη έως καθόλου σπατάλη. Χάρη στο χαμηλό του αποτύπωμα άνθρακα, θα μπορούσε να είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.
Πώς επιτυγχάνεται η πυρηνική σύντηξη
Πώς επιτυγχάνεται; Ουσιαστικά, συνδυάζει δύο ελαφρούς πυρήνες σε έναν βαρύ πυρήνα, υποβάλλοντάς τους σε τεράστια πίεση και εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Η αντίδραση απελευθερώνει επίσης ενέργεια επειδή οι πυρήνες που προκύπτουν έχουν μικρότερη μάζα από τους δύο πρώτους πυρήνες μόνοι τους.
Συνήθως, το καύσιμο που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τεχνητού ήλιου βασίζεται σε ισότοπα δευτερίου και τριτίου. Το δευτέριο μπορεί να εξαχθεί από το θαλασσινό νερό, ενώ το τρίτιο μπορεί να εξαχθεί από το λίθιο.. Και τα δύο στοιχεία είναι άφθονα σε απόλυτη αφθονία, σχεδόν άπειρα σε σύγκριση με το ουράνιο. Για παράδειγμα, το δευτέριο σε ένα λίτρο θαλασσινού νερού μπορεί να παράγει ενέργεια που ισοδυναμεί με τριακόσια λίτρα πετρελαίου.
Για να κατανοήσουμε την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη σύντηξη, αρκεί να λάβουμε υπόψη ότι μερικά γραμμάρια καυσίμου μπορούν να δημιουργήσουν τερατζούλες: αρκετά για να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες ενός ατόμου σε μια ανεπτυγμένη χώρα για έξι χρόνια.
Οι αντιδράσεις σύντηξης παράγουν επίσης απόβλητα. Το μεγαλύτερο μέρος του είναι ήλιο, ένα αδρανές αέριο. Ωστόσο, παράγονται επίσης μικρές ποσότητες ραδιενεργών αποβλήτων που προέρχονται από το τρίτιο.
Ευτυχώς, αποσυντίθενται πολύ πριν από τα αντίστοιχα σχάσης. Συγκεκριμένα, μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ή να ανακυκλωθούν σε λιγότερο από εκατό χρόνια. Από την άλλη πλευρά, η ροή νετρονίων που συμβαίνει κατά τη σύντηξη επηρεάζει τα περιβάλλοντα υλικά, τα οποία σταδιακά γίνονται ραδιενεργά χωρίς προστασία. Ως εκ τούτου, Η θωράκιση της δομής του αντιδραστήρα θα είναι μια άλλη κρίσιμη πτυχή.
Πώς λειτουργεί ο τεχνητός ήλιος της Κίνας
Εντάξει, τώρα έχουμε τα καύσιμα τριτίου και δευτερίου και τις βασικές αρχές λειτουργίας. Πώς ακριβώς όμως λειτουργεί αυτή η διαδικασία; Εδώ, λοιπόν, αρχίζουν οι παγίδες κατά τη μετάβαση από τη θεωρία στην πράξη.
Όπως περιμέναμε, ήταν απαραίτητη η εφαρμογή πολύ υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών. Αρκετά για να μετατραπεί το καύσιμο σε ένα εξαιρετικά καυτό πλάσμα. Τα άτομα πρέπει να συγκρούονται μεταξύ τους σε θερμοκρασίες τουλάχιστον 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, με αρκετή πίεση για να τα φέρει τόσο κοντά ώστε η πυρηνική έλξη να υπερνικήσει την ηλεκτρική απώθηση.
Η δημιουργία ενός χονδρού παραλληλισμού είναι σαν να ξεπερνάς την απώθηση δύο μαγνητών ίδιας πολικότητας μέχρι να μπορέσεις να τους κολλήσεις μεταξύ τους. Για να επιτευχθούν αυτές οι ακραίες συνθήκες, χρησιμοποιούνται μαγνητικά πεδία και ισχυρές ακτίνες λέιζερ για την εστίαση του καυσίμου. Μόλις επιτευχθεί η κατάσταση υπερθερμού πλάσματος, το καύσιμο πρέπει να συνεχίσει να προστίθεται ενώ προσπαθείτε να ελέγξετε τις υψηλές εκπομπές θερμότητας χωρίς να καταστρέψετε τον αντιδραστήρα.
Φυσικά, Δεν υπάρχει υλικό στον κόσμο που να μπορεί να αντέξει 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου χωρίς να λιώσει αμέσως. Εδώ παίζει ρόλο ο περιορισμός του πλάσματος, και αυτό επιτυγχάνεται μέσω των διαφορετικών τύπων αντιδραστήρων.
Οι τελευταίες εξελίξεις στην πυρηνική σύντηξη
Όπως περιμέναμε αρχικά, μία από τις τελευταίες εξελίξεις στην πυρηνική σύντηξη περιλαμβάνει την Κίνα. Τον Μάιο του 2021, ερευνητές στο Southwest Institute of Physics (SWIP) στο Chengdu της Κίνας ανακοίνωσαν ότι ο αντιδραστήρας HL-2M τους είχε σπάσει όλα τα ρεκόρ για πειράματα πυρηνικής σύντηξης.
Αν και είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, η μεγαλύτερη πρόκληση δεν είναι η ίδια η σύντηξη, όπως έχει επιτευχθεί σε πολλούς αντιδραστήρες τα τελευταία χρόνια. Η πραγματική πρόκληση είναι να το διατηρήσεις με την πάροδο του χρόνου: λίγοι άνθρωποι είναι ικανοί να κάνουν περισσότερα από λίγα δευτερόλεπτα.
Εκεί πήραν το μετάλλιό τους οι επιστήμονες του SWIP: έφτασαν σε θερμοκρασία 150 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου για 101 δευτερόλεπτα. Το προηγούμενο ρεκόρ κατείχε η Νότια Κορέα με 20 δευτερόλεπτα.
Αυτός ο αντιδραστήρας που μοιάζει με τοκαμάκ διαφημίζεται ως «τεχνητός ήλιος», αλλά στην πραγματικότητα είναι δέκα φορές θερμότερος από τον πυρήνα του ήλιου. Όλα τα βλέμματα είναι πλέον στραμμένα στο μεγαλύτερο διεθνές στοίχημα μέχρι στιγμής: ITER. Αυτό το σπουδαίο έργο που περιλαμβάνει 35 χώρες που μόλις ολοκλήρωσαν την πρώτη φάση κατασκευής. Εάν όλα πάνε καλά, ο τελικός αντιδραστήρας θα μπορεί να παράγει 500 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας γύρω στο 2035.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το τεχνητό σόλο από την Κίνα και τα χαρακτηριστικά του.