Ми знаємо, що людська цікавість контролювати все привела до відкриття великих технологічних досягнень. Однією з найбільших проблем, з якими стикається людство в цьому столітті, є енергетична криза. Це означає, що для здійснення ядерного синтезу необхідно розробити всі необхідні аспекти. The китайське штучне сонце він близький до досягнення ядерного синтезу та подолання проблем енергетичної кризи.
У цій статті ми розповімо вам, що таке штучне сонце в Китаї, які його характеристики та наскільки воно важливе для глобальної енергетичної парадигми.
Що таке штучне сонце Китаю
Вони називають його штучним сонцем, оскільки воно використовує те саме джерело енергії, що й наша найближча зірка. Це один із найперспективніших досягнень у науці з технічною назвою термоядерний синтез: майже чисте джерело енергії, за яким великі держави гналися десятиліттями. Настільки, що п’ятдесят років тому говорили, що залишилося лише п’ятдесят...
Проте, здається, ми наближаємося. Серед іншого тому, що Китай щойно побив рекорд найдовшої реакції ядерного синтезу: 120 мільйонів градусів Цельсія протягом 101 секунди.
Спочатку ми пояснимо, що таке ядерний синтез. Звичайні атомні електростанції працюють, вивільняючи енергію від ділення. Тобто «розбити» атом. Таким чином, збагачений уран, бомбардований нейтронами, використовується для запуску ланцюгової ядерної реакції.
Ці заводи працюють понад півстоліття. Конкретний, Перша атомна електростанція, підключена до мережі, була завершена в Радянському Союзі в 1954 році. Однак, як показує низка ядерних катастроф на Чорнобильській АЕС, вони не без ризику.
З одного боку, ми маємо неконтрольовані ланцюгові реакції. Хоча наслідки були катастрофічними, такі події є вкрай ненормальними. Справжньою проблемою ядерного поділу є відходи, які він виробляє, які можуть залишатися небезпечно радіоактивними протягом сотень років.
І навпаки, ядерний синтез або штучне сонце пропонують можливість безпечно виробляти електроенергію з невеликими відходами або без них. Завдяки низькому викиду вуглецю він може стати потужним інструментом у боротьбі зі зміною клімату.
Як досягається ядерний синтез
Як це досягається? По суті, він поєднує два легких ядра в одне важке ядро, піддаючи їх величезному тиску та надзвичайно високим температурам. Реакція також вивільняє енергію, оскільки отримані ядра менш масивні, ніж перші два ядра.
Як правило, паливо, яке використовується для створення штучного сонця, базується на ізотопах дейтерію та тритію. Дейтерій можна добути з морської води, а тритій – з літію.. Обидва елементи поширені в абсолютній кількості, майже нескінченній порівняно з ураном. Наприклад, дейтерій в одному літрі морської води може виробити енергію, еквівалентну трьомстам літрам нафти.
Щоб зрозуміти енергію, що виділяється під час термоядерного синтезу, достатньо врахувати, що кілька грамів палива можуть генерувати тераджоулі: достатньо, щоб забезпечити енергетичні потреби людини в розвиненій країні протягом шести років.
Реакції синтезу також утворюють відходи. Здебільшого це гелій, інертний газ. Однак також утворюється невелика кількість радіоактивних відходів, отриманих з тритію.
На щастя, вони розпадаються задовго до своїх аналогів, що утворюються при діленні. Зокрема, їх можна повторно використати або переробити менш ніж за сто років. З іншого боку, потік нейтронів, який виникає під час синтезу, впливає на навколишні матеріали, які поступово стають радіоактивними без захисту. тому екранування конструкції реактора буде ще одним важливим аспектом.
Як працює штучне сонце в Китаї
Гаразд, тепер ми маємо тритієве та дейтерієве паливо та основні принципи роботи. Але як саме відбувається цей процес? Ось тут і починаються підводні камені при переході від теорії до практики.
Як ми і очікували, необхідно було застосувати дуже високий тиск і температуру. Досить, щоб перетворити паливо в надзвичайно гарячу плазму. Атоми повинні стикатися один з одним при температурах не менше 100 мільйонів градусів Цельсія, з достатнім тиском, щоб зблизити їх так близько, щоб ядерне тяжіння подолало електричне відштовхування.
Встановлення грубого паралелізму схоже на подолання відштовхування двох магнітів однакової полярності, поки ви не зможете склеїти їх разом. Щоб досягти таких екстремальних умов, для фокусування палива використовуються магнітні поля та потужні лазерні промені. Після досягнення стану гіпергарячої плазми необхідно продовжувати додавати паливо, намагаючись контролювати високі виділення тепла без руйнування реактора.
Звичайно, у світі немає матеріалу, який міг би витримати 100 мільйонів градусів за Цельсієм, не розплавившись миттєво. Тут грає роль утримання плазми, і це досягається за допомогою різних типів реакторів.
Останні досягнення ядерного синтезу
Як ми спочатку очікували, однією з останніх розробок у сфері ядерного синтезу є Китай. У травні 2021 року дослідники Південно-Західного інституту фізики (SWIP) у Ченду, Китай, оголосили, що їхній реактор HL-2M побив усі рекорди щодо експериментів з ядерним синтезом.
Хоча це складний процес, найбільшою проблемою є не сам термоядерний синтез, як це було досягнуто в багатьох реакторах останніми роками. Справжнє завдання полягає в тому, щоб підтримувати його протягом тривалого часу: небагато людей здатні зробити більше, ніж кілька секунд.
Ось де вчені SWIP отримали свою медаль: вони досягли температури 150 мільйонів градусів за Цельсієм протягом 101 секунди. Попередній рекорд належав Південній Кореї – 20 секунд.
Цей реактор, схожий на токамак, рекламують як "штучне сонце", але насправді він у десять разів гарячіший за ядро Сонця. Зараз усі погляди прикуті до найбільшої міжнародної ставки: ITER. Цей чудовий проект залучає 35 країн, щойно завершили першу фазу будівництва. Якщо все піде добре, останній реактор зможе генерувати 500 мегават електроенергії приблизно в 2035 році.
Я сподіваюся, що з цією інформацією ви зможете дізнатися більше про штучне соло з Китаю та його характеристики.