Vi vet att den mänskliga nyfikenheten att kontrollera allt har lett till upptäckten av stora tekniska framsteg. Ett av de stora problemen som människan står inför under detta århundrade är energikrisen. Detta innebär att alla nödvändiga aspekter måste utvecklas för att genomföra kärnfusion. De Kina konstgjord sol det är nära att uppnå kärnfusion och få ett slut på problemen med energikrisen.
I den här artikeln kommer vi att berätta vad den konstgjorda solen i Kina är, vilka dess egenskaper är och hur viktig den är för det globala energiparadigmet.
Vad är Kinas konstgjorda sol
De kallar den den konstgjorda solen eftersom den använder samma energikälla som vår närmaste stjärna. Det är ett av de mest lovande framstegen inom vetenskapen, med ett tekniskt namn som kallas fusion: en nästan ren energikälla som stormakterna har jagat i decennier. Så mycket att det för femtio år sedan sades att det bara var femtio kvar...
Det verkar dock som att vi närmar oss. Bland annat för att Kina precis har slagit rekordet för den längsta kärnfusionsreaktionen: 120 miljoner grader Celsius i 101 sekunder.
Först ska vi gå vidare och förklara vad kärnfusion egentligen är. Konventionella kärnkraftverk fungerar genom att frigöra energi från fission. Det vill säga "bryta" atomen. Således används anrikat uran bombarderat med neutroner för att starta en kärnkedjereaktion.
Dessa fabriker har varit i drift i mer än ett halvt sekel. Specifika, Det första nätanslutna kärnkraftverket färdigställdes i Sovjetunionen 1954. Men som serien av kärnkraftskatastrofer i Tjernobyl visar oss är de inte utan risk.
Å ena sidan har vi okontrollerade kedjereaktioner. Även om konsekvenserna var katastrofala, är sådana händelser extremt onormala. Det verkliga problemet med kärnklyvning är det avfall den producerar, som kan förbli farligt radioaktivt i hundratals år.
Omvänt kärnfusion eller en konstgjord sol erbjuder möjligheten att på ett säkert sätt generera kraft med lite eller inget avfall. Tack vare sitt låga koldioxidavtryck kan det bli ett kraftfullt verktyg i kampen mot klimatförändringar.
Hur kärnfusion uppnås
Hur uppnås det? I huvudsak kombinerar den två lätta kärnor till en tung kärna, vilket utsätter dem för enormt tryck och extremt höga temperaturer. Reaktionen frigör också energi eftersom de resulterande kärnorna är mindre massiva än de två första kärnorna ensamma.
Vanligtvis är bränslet som används för att skapa en konstgjord sol baserat på deuterium- och tritiumisotoper. Deuterium kan utvinnas från havsvatten, medan tritium kan utvinnas från litium.. Båda grundämnena är rikliga i absolut överflöd, nästan oändliga jämfört med uran. Till exempel kan deuterium i en liter havsvatten producera den energi som motsvarar trehundra liter olja.
För att förstå energin som frigörs under fusion räcker det att ta hänsyn till att några gram bränsle kan generera terajoule: tillräckligt för att tillgodose energibehovet hos en person i ett utvecklat land i sex år.
Fusionsreaktioner ger också avfall. Det mesta är helium, en inert gas. Men även små mängder radioaktivt avfall från tritium produceras.
Lyckligtvis sönderfaller de långt innan deras fission-motsvarigheter. Specifikt kan de återanvändas eller återvinnas på mindre än hundra år. Å andra sidan påverkar neutronflödet som uppstår vid fusion de omgivande materialen, som gradvis blir radioaktiva utan skydd. Därför, avskärmningen av reaktorstrukturen kommer att vara en annan avgörande aspekt.
Hur Kinas konstgjorda sol fungerar
Ok, nu har vi våra tritium- och deuteriumbränslen, och de grundläggande principerna för drift. Men exakt hur fungerar denna process? Här börjar alltså fallgroparna när man går från teori till praktik.
Som vi förväntade oss var det nödvändigt att applicera mycket höga tryck och temperaturer. Tillräckligt för att förvandla bränslet till en extremt varm plasma. Atomer måste kollidera med varandra vid temperaturer på minst 100 miljoner grader Celsius, med tillräckligt tryck för att föra dem så nära varandra att den nukleära attraktionen övervinner den elektriska repulsionen.
Att etablera en grov parallellism är som att övervinna avstötningen av två magneter med samma polaritet tills du kan limma ihop dem. För att uppnå dessa extrema förhållanden används magnetfält och kraftfulla laserstrålar för att fokusera bränslet. När väl det hyperheta plasmatillståndet har uppnåtts måste bränsle fortsätta att tillsättas samtidigt som man försöker kontrollera de höga värmeemissionerna utan att förstöra reaktorn.
Självklart, det finns inget material i världen som tål 100 miljoner grader Celsius utan att smälta omedelbart. Det är här plasmainneslutning kommer in i bilden, och detta uppnås genom de olika typerna av reaktorer.
De senaste framstegen inom kärnfusion
Som vi ursprungligen förväntade oss, är Kina en av de senaste utvecklingarna inom kärnfusion. I maj 2021 meddelade forskare vid Southwest Institute of Physics (SWIP) i Chengdu, Kina att deras HL-2M-reaktor hade slagit alla rekord för kärnfusionsexperiment.
Även om det är en komplex process är den största utmaningen inte själva fusionen, vilket har uppnåtts i många reaktorer de senaste åren. Den verkliga utmaningen är att behålla den över tid: få människor är kapabla att göra mer än några sekunder.
Det var där SWIP-forskarna fick sin medalj: de nådde en temperatur på 150 miljoner grader Celsius under 101 sekunder. Det tidigare rekordet hölls av Sydkorea med 20 sekunder.
Denna tokamakliknande reaktor annonseras som en "konstgjord sol", men den är faktiskt tio gånger varmare än solens kärna. Alla ögon är nu riktade mot den största internationella satsningen hittills: ITER. Detta stora projekt det involverar 35 länder som just avslutat den första fasen av konstruktionen. Om allt går som det ska kommer den slutliga reaktorn att kunna generera 500 megawatt el runt 2035.
Jag hoppas att du med denna information kan veta mer om artificiell solo från Kina och dess egenskaper.