Teame, et inimeste uudishimu kõike kontrollida on viinud suurte tehnoloogiliste edusammude avastamiseni. Üks suurimaid probleeme, millega inimene sel sajandil silmitsi seisab, on energiakriis. See tähendab, et tuumasünteesi läbiviimiseks tuleb välja töötada kõik vajalikud aspektid. The Hiina kunstpäike see on lähedal tuumasünteesi saavutamisele ja energiakriisi probleemide lõpetamisele.
Selles artiklis räägime teile, mis on Hiina tehispäike, millised on selle omadused ja kui oluline see on globaalse energiaparadigma jaoks.
Mis on Hiina tehispäike
Nad kutsuvad seda tehispäikeseks, kuna see kasutab sama energiaallikat kui meie lähim täht. See on üks paljutõotavamaid edusamme teaduses, tehnilise nimetusega fusion: peaaegu puhas energiaallikas, mida suurriigid on aastakümneid taga ajanud. Niipalju, et viiskümmend aastat tagasi öeldi, et alles on jäänud vaid viiskümmend...
Siiski tundub, et oleme lähenemas. Muu hulgas seetõttu, et Hiina purustas äsja pikima tuumasünteesireaktsiooni rekordi: 120 miljonit kraadi Celsiuse järgi 101 sekundit.
Esiteks läheme edasi ja selgitame, mis tuumasünteesi tegelikult on. Tavalised tuumaelektrijaamad töötavad lõhustumisest energia vabastamisega. See tähendab, et "murda" aatom. Seega kasutatakse tuuma ahelreaktsiooni käivitamiseks neutronitega pommitatud rikastatud uraani.
Need tehased on tegutsenud üle poole sajandi. spetsiifiline, Esimene võrguga ühendatud tuumaelektrijaam valmis Nõukogude Liidus 1954. aastal. Kuid nagu Tšernobõli tuumakatastroofide jada meile näitab, pole need riskita.
Ühest küljest on meil kontrollimatud ahelreaktsioonid. Kuigi tagajärjed olid katastroofilised, on sellised sündmused äärmiselt ebanormaalsed. Tuuma lõhustumise tegelik probleem on sellest tekkivad jäätmed, mis võivad jääda ohtlikult radioaktiivseks sadu aastaid.
Ja vastupidi, tuumasünteesi või tehispäike pakuvad võimalust ohutult toota energiat vähese jäätmeteta või ilma jäätmeteta. Tänu madalale süsiniku jalajäljele võib see olla võimas vahend võitluses kliimamuutuste vastu.
Kuidas tuumasünteesi saavutatakse
Kuidas see saavutatakse? Põhimõtteliselt ühendab see kaks kerget tuuma üheks raskeks tuumaks, avaldades neile tohutut survet ja äärmiselt kõrgeid temperatuure. Reaktsiooni käigus vabaneb ka energia, kuna tekkivad tuumad on väiksema massiga kui kaks esimest tuuma üksinda.
Tavaliselt põhineb kunstliku päikese loomiseks kasutatav kütus deuteeriumi ja triitiumi isotoopidel. Deuteeriumi saab ekstraheerida mereveest, triitiumi aga liitiumist.. Mõlemat elementi on absoluutses arvukuses külluses, võrreldes uraaniga peaaegu lõpmatu. Näiteks võib deuteerium ühes liitris merevees toota energiat, mis võrdub kolmesaja liitri õliga.
Termotuumasünteesi käigus vabaneva energia mõistmiseks piisab, kui arvestada, et mõni gramm kütust võib tekitada teradžaule: piisavalt, et katta arenenud riigi inimese energiavajadus kuueks aastaks.
Fusioonireaktsioonid tekitavad ka jäätmeid. Suurem osa sellest on heelium, inertgaas. Siiski tekib vähesel määral ka triitiumist saadud radioaktiivseid jäätmeid.
Õnneks lagunevad nad ammu enne oma lõhustumise kolleege. Täpsemalt saab neid korduskasutada või ringlusse võtta vähem kui saja aasta pärast. Teisest küljest mõjutab termotuumasünteesi käigus tekkiv neutronivoog ümbritsevaid materjale, mis ilma kaitseta muutuvad järk-järgult radioaktiivseks. Seetõttu reaktori struktuuri varjestus on veel üks oluline aspekt.
Kuidas Hiina tehispäike töötab
Ok, nüüd on meil oma triitium- ja deuteeriumkütused ning tööpõhimõtted. Aga kuidas see protsess täpselt käib? Siit alustage teooriast praktikasse üleminekul tekkivaid lõkse.
Nagu eeldasime, oli vaja rakendada väga kõrgeid rõhku ja temperatuure. Piisavalt, et muuta kütus äärmiselt kuumaks plasmaks. Aatomid peavad üksteisega kokku põrkama temperatuuril vähemalt 100 miljonit kraadi Celsiuse järgi, piisava survega, et viia need nii lähedale, et tuumatõmme ületaks elektrilise tõukejõu.
Jäme paralleelsuse tuvastamine on nagu kahe sama polaarsusega magneti tõrjumise ületamine, kuni saate need kokku liimida. Nende äärmuslike tingimuste saavutamiseks kasutatakse kütuse fokuseerimiseks magnetvälju ja võimsaid laserkiiri. Kui plasma ülikuuma olek on saavutatud, tuleb jätkata kütuse lisamist, püüdes samal ajal kontrollida kõrgeid kuumuse emissioone ilma reaktorit hävitamata.
Muidugi maailmas pole materjali, mis taluks 100 miljonit kraadi Celsiuse järgi ilma koheselt sulamata. Siin tuleb mängu plasma piiramine ja see saavutatakse erinevat tüüpi reaktorite kaudu.
Tuumasünteesi uusimad edusammud
Nagu me algselt eeldasime, on tuumasünteesi üks viimaseid arenguid Hiina. 2021. aasta mais teatasid Hiinas Chengdus asuva Southwest Institute of Physics (SWIP) teadlased, et nende HL-2M reaktor purustas kõik tuumasünteesikatsete rekordid.
Kuigi tegemist on keerulise protsessiga, ei ole suurim väljakutse termotuumasünteesi ise, nagu on viimastel aastatel paljudes reaktorites saavutatud. Tõeline väljakutse on seda aja jooksul säilitada: vähesed inimesed on võimelised tegema rohkem kui paar sekundit.
Sealt said SWIP-i teadlased oma medali: nad saavutasid 150 miljoni Celsiuse kraadise temperatuuri 101 sekundiga. Eelmine rekord kuulus 20 sekundiga Lõuna-Koreale.
Seda tokamakilaadset reaktorit reklaamitakse kui "kunstlikku päikest", kuid see on tegelikult kümme korda kuumem kui päikese tuum. Kõik pilgud on nüüd suunatud seni suurimale rahvusvahelisele panusele: ITERile. See suurepärane projekt, mis hõlmab 35 riiki, kes just lõpetasid ehituse esimese etapi. Kui kõik läheb hästi, suudab lõplik reaktor 500. aasta paiku toota 2035 megavatti elektrit.
Loodan, et selle teabe abil saate rohkem teada Hiinast pärit tehissoolo ja selle omaduste kohta.