Tiedämme, että ihmisten uteliaisuus hallita kaikkea on johtanut suuriin teknologisiin edistysaskeliin. Yksi tämän vuosisadan suurista ongelmista on energiakriisi. Tämä tarkoittaa, että kaikki tarvittavat näkökohdat on kehitettävä ydinfuusion toteuttamiseksi. The Kiinan keinotekoinen aurinko se on lähellä ydinfuusion saavuttamista ja energiakriisin ongelmien ratkaisemista.
Tässä artikkelissa kerromme sinulle, mikä keinotekoinen aurinko Kiinassa on, mitkä ovat sen ominaisuudet ja kuinka tärkeä se on globaalille energiaparadigmalle.
Mikä on Kiinan keinotekoinen aurinko
He kutsuvat sitä keinoauringoksi, koska se käyttää samaa energialähdettä kuin lähin tähtemme. Se on yksi lupaavimmista tieteen edistysaskeleista, ja sen tekninen nimi on fuusio: lähes puhdas energialähde, jota suurvallat ovat jahtaaneet vuosikymmeniä. Niin paljon, että viisikymmentä vuotta sitten sanottiin, että jäljellä oli vain viisikymmentä...
Näyttää kuitenkin siltä, että olemme lähestymässä. Muun muassa siksi, että Kiina rikkoi juuri pisimmän ydinfuusioreaktion ennätyksen: 120 miljoonaa celsiusastetta 101 sekunnin ajan.
Ensin mennään eteenpäin ja selitetään, mitä ydinfuusio todella on. Perinteiset ydinvoimalat toimivat vapauttamalla energiaa fissiosta. Eli "rikkoa" atomi. Siten rikastettua uraania, jota on pommitettu neutroneilla, käytetään ydinketjureaktion käynnistämiseen.
Nämä tehtaat ovat olleet toiminnassa yli puoli vuosisataa. erityinen, Ensimmäinen verkkoon kytketty ydinvoimala valmistui Neuvostoliitossa vuonna 1954. Kuten Tšernobylin ydinonnettomuuksien sarja osoittaa, ne eivät kuitenkaan ole vaarattomia.
Toisaalta meillä on hallitsemattomia ketjureaktioita. Vaikka seuraukset olivat katastrofaaliset, tällaiset tapahtumat ovat erittäin epänormaalit. Ydinfission todellinen ongelma on sen tuottama jäte, joka voi pysyä vaarallisen radioaktiivisena satoja vuosia.
Sitä vastoin ydinfuusio tai keinoaurinko tarjoavat mahdollisuuden tuottaa turvallisesti sähköä pienellä tai ei lainkaan jätettä. Pienen hiilijalanjäljensä ansiosta se voisi olla tehokas työkalu ilmastonmuutoksen torjunnassa.
Kuinka ydinfuusio saavutetaan
Miten se saavutetaan? Pohjimmiltaan se yhdistää kaksi kevyttä ydintä yhdeksi raskaaksi ytimeksi ja altistaa ne valtavalle paineelle ja erittäin korkeille lämpötiloille. Reaktio vapauttaa myös energiaa, koska tuloksena olevat ytimet ovat vähemmän massiivisia kuin kaksi ensimmäistä ydintä yksinään.
Tyypillisesti keinotekoisen auringon luomiseen käytetty polttoaine perustuu deuterium- ja tritium-isotoopeihin. Deuterium voidaan uuttaa merivedestä, kun taas tritium voidaan uuttaa litiumista.. Molempien alkuaineiden absoluuttinen runsaus on lähes ääretön verrattuna uraaniin. Esimerkiksi deuterium yhdessä litrassa merivettä voi tuottaa kolmesataa litraa öljyä vastaavan energian.
Fuusion aikana vapautuvan energian ymmärtämiseksi riittää, kun otetaan huomioon, että muutama gramma polttoainetta voi tuottaa terajouleja: riittää kattamaan kehittyneen maan ihmisen energiantarpeen kuudeksi vuodeksi.
Fuusioreaktiot tuottavat myös jätettä. Suurin osa siitä on heliumia, inerttiä kaasua. Kuitenkin syntyy myös pieniä määriä tritiumista peräisin olevaa radioaktiivista jätettä.
Onneksi ne hajoavat kauan ennen fissiovastineensa. Tarkemmin sanottuna ne voidaan käyttää uudelleen tai kierrättää alle sadassa vuodessa. Toisaalta fuusion aikana esiintyvä neutronivuo vaikuttaa ympäröiviin materiaaleihin, jotka muuttuvat vähitellen radioaktiivisiksi ilman suojaa. Siksi, reaktorirakenteen suojaus on toinen ratkaiseva näkökohta.
Kuinka Kiinan keinotekoinen aurinko toimii
Ok, nyt meillä on tritium- ja deuteriumpolttoaineet ja toimintaperiaatteet. Mutta miten tämä prosessi tarkalleen ottaen toimii? Tästä sitten alkavat sudenkuopat siirryttäessä teoriasta käytäntöön.
Kuten odotimme, oli välttämätöntä käyttää erittäin korkeita paineita ja lämpötiloja. Riittää, että polttoaine muuttuu erittäin kuumaksi plasmaksi. Atomien tulee törmätä toisiinsa vähintään 100 miljoonan celsiusasteen lämpötiloissa, riittävällä paineella saattaa ne niin lähelle toisiaan, että ydinvoima voittaa sähköisen hylkimisen.
Karkean rinnakkaisuuden määrittäminen on kuin kahden saman napaisuuden omaavan magneetin hylkimisen voittamista, kunnes voit liimata ne yhteen. Näiden ääriolosuhteiden saavuttamiseksi polttoaineen fokusointiin käytetään magneettikenttiä ja voimakkaita lasersäteitä. Kun hyperkuuma plasmatila on saavutettu, polttoaineen lisäämistä on jatkettava samalla kun yritetään hallita korkeita lämpöpäästöjä tuhoamatta reaktoria.
Tietysti, maailmassa ei ole materiaalia, joka kestäisi 100 miljoonaa celsiusastetta sulamatta välittömästi. Tässä tulee esiin plasman eristäminen, ja tämä saavutetaan erityyppisillä reaktoreilla.
Ydinfuusion viimeisimmät saavutukset
Kuten alun perin odotimme, yksi viimeisimmistä ydinfuusiokehityksistä koskee Kiinaa. Toukokuussa 2021 Kiinan Chengdussa sijaitsevan Southwest Institute of Physicsin (SWIP) tutkijat ilmoittivat, että heidän HL-2M-reaktorinsa oli rikkonut kaikki ydinfuusiokokeiden ennätykset.
Vaikka prosessi on monimutkainen, suurin haaste ei ole itse fuusio, kuten monissa reaktoreissa on viime vuosina saavutettu. Todellinen haaste on säilyttää se ajan mittaan: harvat ihmiset pystyvät tekemään enemmän kuin muutaman sekunnin.
Sieltä SWIP-tutkijat saivat mitalinsa: he saavuttivat 150 miljoonan celsiusasteen lämpötilan 101 sekunnissa. Edellinen ennätys oli Etelä-Korean hallussa 20 sekunnilla.
Tätä tokamak-tyyppistä reaktoria mainostetaan "keinotekoisena aurinkona", mutta se on itse asiassa kymmenen kertaa kuumempi kuin auringon ydin. Kaikkien katseet ovat nyt toistaiseksi suurimmassa kansainvälisessä vedossa: ITERissä. Tämä hieno projekti 35 maata on juuri saanut ensimmäisen vaiheen päätökseen. Jos kaikki menee hyvin, lopullinen reaktori pystyy tuottamaan 500 megawattia sähköä vuoden 2035 tienoilla.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit tietää enemmän Kiinan keinotekoisesta soolosta ja sen ominaisuuksista.