Vieme, že ľudská zvedavosť ovládať všetko viedla k objavu veľkého technologického pokroku. Jedným z veľkých problémov, ktorým ľudská bytosť v tomto storočí čelí, je energetická kríza. To znamená, že na uskutočnenie jadrovej syntézy sa musia vyvinúť všetky potrebné aspekty. The umelé slnko v Číne je blízko k dosiahnutiu jadrovej fúzie a ukončenia problémov energetickej krízy.
V tomto článku vám povieme, čo je umelé slnko v Číne, aké sú jeho vlastnosti a aké dôležité je pre globálnu energetickú paradigmu.
Čo je umelé slnko Číny
Nazývajú ho umelé slnko, pretože využíva rovnaký zdroj energie ako naša najbližšia hviezda. Je to jeden z najsľubnejších pokrokov vo vede s technickým názvom fúzia: takmer čistý zdroj energie, za ktorým sa veľmoci hnali desaťročia. Až tak, že pred päťdesiatimi rokmi sa hovorilo, že ich zostalo už len päťdesiat...
Zdá sa však, že sa blížime. Okrem iného preto, že Čína práve prekonala rekord v najdlhšej reakcii jadrovej fúzie: 120 miliónov stupňov Celzia počas 101 sekúnd.
Najprv si vysvetlíme, čo jadrová fúzia vlastne je. Bežné jadrové elektrárne fungujú tak, že uvoľňujú energiu zo štiepenia. To znamená „rozbiť“ atóm. Obohatený urán bombardovaný neutrónmi sa teda používa na spustenie jadrovej reťazovej reakcie.
Tieto továrne sú v prevádzke už viac ako pol storočia. konkrétne, Prvá jadrová elektráreň napojená na sieť bola dokončená v Sovietskom zväze v roku 1954. Ako nám však ukazuje séria černobyľských jadrových katastrof, nie sú bez rizika.
Na jednej strane tu máme nekontrolované reťazové reakcie. Hoci následky boli katastrofálne, takéto udalosti sú mimoriadne abnormálne. Skutočným problémom jadrového štiepenia je odpad, ktorý produkuje a ktorý môže zostať nebezpečne rádioaktívny stovky rokov.
Naopak jadrová fúzia alebo umelé slnko ponúkajú schopnosť bezpečne vyrábať energiu s malým alebo žiadnym odpadom. Vďaka nízkej uhlíkovej stope by mohol byť silným nástrojom v boji proti klimatickým zmenám.
Ako sa dosiahne jadrová fúzia
Ako sa to dosiahne? V podstate spája dve ľahké jadrá do jedného ťažkého jadra, ktoré je vystavené obrovskému tlaku a extrémne vysokým teplotám. Reakcia tiež uvoľňuje energiu, pretože výsledné jadrá sú menej masívne ako prvé dve samotné jadrá.
Palivo používané na vytvorenie umelého slnka je zvyčajne založené na izotopoch deutéria a trícia. Deutérium možno extrahovať z morskej vody, zatiaľ čo trícium možno extrahovať z lítia.. Oba prvky sú hojné v absolútnom množstve, v porovnaní s uránom takmer nekonečné. Napríklad deutérium v jednom litri morskej vody môže vyprodukovať energiu zodpovedajúcu trom stovkám litrov ropy.
Aby sme pochopili energiu uvoľnenú počas fúzie, stačí vziať do úvahy, že niekoľko gramov paliva môže generovať terajouly: dosť na to, aby pokryl energetické potreby človeka vo vyspelej krajine na šesť rokov.
Fúzne reakcie tiež produkujú odpad. Väčšinu z toho tvorí hélium, inertný plyn. Produkujú sa však aj malé množstvá rádioaktívneho odpadu získaného z trícia.
Našťastie sa rozpadajú dlho pred ich štiepnymi náprotivkami. Konkrétne ich možno opätovne použiť alebo recyklovať za menej ako sto rokov. Na druhej strane tok neutrónov, ktorý vzniká pri fúzii, ovplyvňuje okolité materiály, ktoré sa bez ochrany postupne stávajú rádioaktívnymi. preto ďalším kľúčovým aspektom bude tienenie konštrukcie reaktora.
Ako funguje umelé slnko v Číne
Ok, teraz máme naše palivá s tríciom a deutériom a základné princípy fungovania. Ale ako presne tento proces funguje? Tu teda začínajú úskalia pri prechode od teórie k praxi.
Ako sme očakávali, bolo potrebné použiť veľmi vysoké tlaky a teploty. Dosť na to, aby sa palivo zmenilo na extrémne horúcu plazmu. Atómy sa musia navzájom zrážať pri teplotách najmenej 100 miliónov stupňov Celzia, s dostatočným tlakom, aby sa dostali tak blízko, že jadrová príťažlivosť prekoná elektrické odpudzovanie.
Vytvorenie hrubého paralelizmu je ako prekonanie odpudzovania dvoch magnetov rovnakej polarity, kým ich nedokážete zlepiť. Na dosiahnutie týchto extrémnych podmienok sa na zaostrenie paliva používajú magnetické polia a silné laserové lúče. Keď sa dosiahne stav hyperhorúcej plazmy, musí sa pokračovať v pridávaní paliva a zároveň sa snažiť kontrolovať vysoké emisie tepla bez zničenia reaktora.
Samozrejme na svete neexistuje materiál, ktorý by vydržal 100 miliónov stupňov Celzia bez toho, aby sa okamžite roztopil. Tu vstupuje do hry zadržiavanie plazmy, a to sa dosahuje prostredníctvom rôznych typov reaktorov.
Najnovší pokrok v jadrovej fúzii
Ako sme pôvodne očakávali, jeden z najnovších vývojov v oblasti jadrovej fúzie predstavuje Čínu. V máji 2021 výskumníci z Southwest Institute of Physics (SWIP) v Chengdu v Číne oznámili, že ich reaktor HL-2M prekonal všetky rekordy v experimentoch jadrovej fúzie.
Hoci ide o zložitý proces, najväčšou výzvou nie je samotná fúzia, ako sa to v posledných rokoch podarilo v mnohých reaktoroch. Skutočnou výzvou je udržať ho v priebehu času: len málo ľudí je schopných urobiť viac ako pár sekúnd.
Vedci zo spoločnosti SWIP získali medailu: na 150 sekúnd dosiahli teplotu 101 miliónov stupňov Celzia. Doterajší rekord držala Južná Kórea s 20 sekundami.
Tento reaktor podobný tokamaku je propagovaný ako „umelé slnko“, ale v skutočnosti je desaťkrát teplejší ako jadro slnka. Všetky oči sa teraz upierajú na doteraz najväčšiu medzinárodnú stávku: ITER. Tento skvelý projekt, ktorý zahŕňa 35 krajín, ktoré práve dokončili prvú fázu výstavby. Ak všetko pôjde dobre, konečný reaktor bude schopný generovať 500 megawattov elektriny okolo roku 2035.
Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o umelom sóle z Číny a jeho vlastnostiach.