Innovatiiviset projektit, joissa käytetään nykyaikaisia suprajohtimia, mahdollistavat pian hallitun lämpöydinfuusion, jotkut optimistit sanovat. Asiantuntijat ennustavat kuitenkin, että käytännön soveltaminen kestää useita vuosikymmeniä.
Miksi se on niin vaikeaa?
Fuusioenergiaa pidetään mahdollisena tulevaisuuden energialähteenä. Tämä on atomin puhdasta energiaa. Mutta mikä se on ja miksi sen saavuttaminen on niin vaikeaa? Aluksi meidän on ymmärrettävä ero klassisen ydinfission ja lämpöydinfuusion välillä.
Atomin fissio tapahtuu, kun radioaktiiviset isotoopit - uraani tai plutonium - halkeavat ja muuttuvat muiksi erittäin radioaktiivisiksi isotoopeiksi, jotka on sitten haudattava tai kierrätettävä.
Fuusioreaktio koostuu siitä, että vedyn kaksi isotooppia - deuterium ja tritium - sulautuvat yhdeksi kokonaisuudeksi muodostaen myrkyttömän heliumin ja yhden neutronin ilman radioaktiivista jätettä.
Hallintaongelma
Reagoi siihentapahtuvat auringossa tai vetypommissa - tämä on lämpöydinfuusio, ja insinööreillä on edessään pelottava tehtävä - kuinka hallita tätä prosessia voimalaitoksessa?
Tietemiehet ovat työskennelleet tämän parissa 1960-luvulta lähtien. Toinen kokeellinen fuusioreaktori nimeltä Wendelstein 7-X on aloittanut toimintansa Pohjois-Saksan Greifswaldin kaupungissa. Sitä ei ole vielä suunniteltu luomaan reaktiota - se on vain erikoismalli, jota testataan (stellaraattori tokamakin sijaan).
High Energy Plasma
Kaikilla lämpöydinlaitteistoilla on yhteinen piirre - rengasmainen muoto. Se perustuu ajatukseen käyttää tehokkaita sähkömagneetteja voimakkaan sähkömagneettisen kentän luomiseksi, joka on muotoiltu torukselle - täytetylle polkupyörän putkelle.
Tämän sähkömagneettisen kentän on oltava niin tiheä, että kun se kuumennetaan mikroa altouunissa miljoonaan celsiusasteeseen, plasman täytyy ilmestyä aivan renkaan keskelle. Sitten se sytytetään, jotta fuusio voi alkaa.
Mahdollisuuksien esittely
Euroopassa on parhaillaan käynnissä kaksi tällaista kokeilua. Yksi niistä on Wendelstein 7-X, joka tuotti äskettäin ensimmäisen heliumplasmansa. Toinen on ITER, v altava kokeellinen fuusiolaitos Etelä-Ranskassa, joka on vielä rakenteilla ja on valmis käyttöön vuonna 2023.
ITERissä oletetaan tapahtuvan todellisia ydinreaktioita, mutta vasta vuonnalyhyeksi ajaksi ja ei missään nimessä yli 60 minuuttia. Tämä reaktori on vain yksi monista askeleista kohti ydinfuusion toteuttamista.
Fuusioreaktori: pienempi ja tehokkaampi
Viime aikoina useat suunnittelijat ovat ilmoittaneet uudesta reaktorisuunnittelusta. Massachusetts Institute of Technologyn opiskelijaryhmän sekä aseyhtiö Lockheed Martinin edustajien mukaan fuusio voidaan toteuttaa ITERiä paljon tehokkaammissa ja pienemmissä tiloissa, ja he ovat valmiita tekemään sen kymmenen sisällä. vuotta.
Uuden mallin ideana on käyttää sähkömagneeteissa nykyaikaisia korkean lämpötilan suprajohtimia, jotka osoittavat ominaisuuksiaan nestemäisellä typellä jäähdytettynä tavanomaisten, nestemäistä heliumia vaativien suprajohteiden sijaan. Uusi, joustavampi tekniikka mahdollistaa reaktorin täydellisen uudelleensuunnittelun.
Klaus Hesch, joka vastaa ydinfuusioteknologiasta Karlsruhen teknologiainstituutissa Lounais-Saksassa, on skeptinen. Se tukee uusien korkean lämpötilan suprajohteiden käyttöä uusissa reaktorirakenteissa. Mutta hänen mukaansa ei riitä, että kehitetään jotain tietokoneella fysiikan lait huomioon ottaen. Ideaa toteutettaessa tulee ottaa huomioon haasteet.
Scifi
Heshin mukaan MIT:n opiskelijamalli osoittaa vain projektin mahdollisuuden. Mutta se on itse asiassa paljon tieteiskirjallisuutta. Projektiviittaa siihen, että fuusion vakavat tekniset ongelmat on ratkaistu. Mutta modernilla tieteellä ei ole aavistustakaan kuinka ratkaista ne.
Yksi tällainen ongelma on kokoontaitettavien kelojen idea. Sähkömagneetit voidaan purkaa, jotta ne pääsevät renkaan sisään, joka pitää plasman MIT-suunnittelumallissa.
Tämä olisi erittäin hyödyllistä, koska sisäisen järjestelmän objekteihin voitaisiin päästä käsiksi ja ne korvata. Mutta todellisuudessa suprajohteet on valmistettu keraamisesta materiaalista. Sadat niistä on kietottava toisiinsa hienostuneella tavalla oikean magneettikentän muodostamiseksi. Ja tässä on perustavanlaatuisempia vaikeuksia: niiden väliset liitännät eivät ole yhtä yksinkertaisia kuin kuparikaapeleiden liitännät. Kukaan ei ole vielä edes ajatellut konsepteja, jotka auttaisivat ratkaisemaan tällaisia ongelmia.
Liian kuuma
Korkea lämpötila on myös ongelma. Fuusioplasman ytimessä lämpötila nousee noin 150 miljoonaan celsiusasteeseen. Tämä äärimmäinen lämpö pysyy paikallaan - aivan ionisoidun kaasun keskellä. Mutta jopa sen ympärillä on edelleen erittäin kuuma - 500 - 700 astetta reaktorivyöhykkeellä, joka on metalliputken sisäkerros, jossa ydinfuusion tapahtumiseen tarvittava tritium "toistuu"
Fuusioreaktorissa on vielä suurempi ongelma - niin sanottu tehonvapautus. Tämä on järjestelmän osa, joka vastaanottaa käytetyn polttoaineen, pääasiassa heliumin, fuusioprosessista. Ensimmäinenmetalliosia, joihin kuuma kaasu tulee, kutsutaan "muuntimiksi". Se voi lämmetä yli 2000°C.
Divertor-ongelma
Jotta laitos kestäisi näitä lämpötiloja, insinöörit yrittävät käyttää metallivolframia, jota käytetään vanhanaikaisissa hehkulampuissa. Volframin sulamispiste on noin 3000 astetta. Mutta on myös muita rajoituksia.
ITERissä tämä voidaan tehdä, koska siinä ei kuumene jatkuvasti. Oletetaan, että reaktori toimii vain 1-3 % ajasta. Mutta se ei ole vaihtoehto voimalaitokselle, jonka on toimittava 24/7. Ja jos joku väittää pystyvänsä rakentamaan pienemmän reaktorin, jonka teho on sama kuin ITER, on turvallista sanoa, ettei hänellä ole ratkaisua divertteriongelmaan.
Voimalaitos muutaman vuosikymmenen kuluttua
Tutkijat ovat kuitenkin optimistisia lämpöydinreaktorien kehityksen suhteen, mutta se ei kuitenkaan tule olemaan niin nopeaa kuin jotkut harrastajat ennustavat.
ITERin pitäisi osoittaa, että hallittu fuusio voi itse asiassa tuottaa enemmän energiaa kuin mitä kulutettaisiin plasman lämmittämiseen. Seuraava askel on rakentaa aivan uusi hybridi-esittelyvoimalaitos, joka todella tuottaa sähköä.
Insinöörit työskentelevät jo sen suunnittelussa. Heidän on otettava oppia ITERistä, jonka on määrä käynnistyä vuonna 2023. Kun otetaan huomioon suunnitteluun, suunnitteluun ja rakentamiseen tarvittava aika, näyttää siltä, ettäon epätodennäköistä, että ensimmäinen fuusiovoimalaitos käynnistetään paljon aikaisemmin kuin 2000-luvun puolivälissä.
Rossi Cold Fusion
Vuonna 2014 riippumaton E-Cat-reaktorin testi päätteli, että laite tuotti keskimäärin 2 800 wattia tehoa 32 päivän aikana ja kulutti 900 wattia. Tämä on enemmän kuin mikään kemiallinen reaktio pystyy eristämään. Tulos puhuu joko läpimurrosta lämpöydinfuusion alalla tai suorasta petoksesta. Raportti pettyi epäilijöihin, jotka epäilevät, oliko testi todella riippumaton ja ehdottavat testitulosten mahdollista väärentämistä. Toiset ovat olleet kiireisiä selvittäessään "salaisia ainesosia", joiden avulla Rossin fuusio pystyy jäljittelemään tekniikkaa.
Rossi on huijari?
Andrea on vaikuttava. Hän julkaisee julistuksia maailmalle ainutlaatuisella englanninkielisellä verkkosivustonsa kommenttiosiossa, jonka nimi on utelias Journal of Nuclear Physics. Mutta hänen aikaisemmat epäonnistuneensa yrityksensä ovat olleet italialainen jätteestä polttoaineeksi -projekti ja lämpösähkögeneraattori. Petroldragon, jätteestä energiaksi -hanke, epäonnistui osittain, koska laitonta jätteiden sijoittamista valvoo italialainen järjestäytynyt rikollisuus, joka on nostanut sitä vastaan rikossyytteet jätehuoltomääräysten rikkomisesta. Hän loi myös lämpösähköisen laitteen US Army Corps of Engineersille, mutta testauksen aikana laite tuotti vain murto-osan ilmoitetusta tehosta.
Monet eivät luota Rossiin, ja New Energy Timesin päätoimittaja kutsui häntä suoraan rikolliseksi, jonka takana on sarja epäonnistuneita energiaprojekteja.
Riippumaton vahvistus
Rossi allekirjoitti sopimuksen amerikkalaisen Industrial Heatin kanssa vuoden kestävän 1 MW:n kylmäfuusiolaitoksen salaisen testin suorittamisesta. Laite oli rahtikontti, joka oli pakattu kymmenittäin E-Catseihin. Kokeilun täytyi ohjata kolmas osapuoli, joka pystyi varmistamaan, että lämpöä todellakin tapahtui. Rossi väittää viettäneensä suurimman osan kuluneesta vuodesta käytännössä kontissa ja valvoen toimintaa yli 16 tuntia päivässä todistaakseen E-Catin kaupallisen kannattavuuden.
Testi päättyi maaliskuussa. Rossin kannattajat odottivat innolla tarkkailijoiden raporttia ja toivoivat sankarilleen vapauttavan tuomion. Mutta lopulta he saivat oikeudenkäynnin.
Oikeudenkäynti
Floridalaisen oikeuden hakemuksessa Rossi väittää, että testi oli onnistunut ja riippumaton välimies vahvisti, että E-Cat-reaktori tuottaa kuusi kertaa enemmän energiaa kuin se kuluttaa. Hän väitti myös, että Industrial Heat oli suostunut maksamaan hänelle 100 miljoonaa dollaria - 11,5 miljoonaa dollaria etukäteen 24 tunnin kokeilun jälkeen (näennäisesti lisenssioikeuksista, jotta yritys voisi myydä teknologiaa Yhdysvalloissa) ja vielä 89 miljoonaa dollaria laajennuksen onnistuneen loppuunsaattamisen jälkeen. 350 päivän kuluessa. Rossi syytti IH:ta "petollisen suunnitelman" toteuttamisesta.jonka tarkoituksena oli varastaa hänen immateriaaliomaisuutensa. Hän syytti yritystä myös E-Cat-reaktorien väärinkäytöstä, innovatiivisten teknologioiden ja tuotteiden, toimivuuden ja mallien laittomasta kopioimisesta sekä hänen immateriaalioikeuksiaan koskevan patentin väärinkäytöstä.
Kultakaivos
Muualla Rossi väittää, että yhdessä mielenosoituksissaan IH sai 50-60 miljoonaa dollaria sijoittajilta ja toiset 200 miljoonaa dollaria Kiinasta sen jälkeen, kun uusinta oli mukana Kiinan huippuviranomaisilla. Jos tämä on totta, pelissä on paljon enemmän kuin sata miljoonaa dollaria. Industrial Heat on hylännyt nämä väitteet perusteettomina ja aikoo puolustaa itseään aktiivisesti. Vielä tärkeämpää on, että hän väittää, että hän "työskenteli yli kolme vuotta vahvistaakseen tulokset, jotka Rossi väitti saavuttaneen E-Cat-teknologiallaan, mutta tuloksetta."
IH ei usko E-Catiin, eikä New Energy Times näe syytä epäillä sitä. Kesäkuussa 2011 julkaisun edustaja vieraili Italiassa, haastatteli Rossia ja kuvasi esittelyn hänen E-Catistaan. Päivää myöhemmin hän ilmoitti vakavasta huolestaan lämpötehon mittausmenetelmästä. Kuuden päivän kuluttua toimittaja julkaisi videonsa YouTubeen. Asiantuntijat ympäri maailmaa lähettivät hänelle analyyseja, jotka julkaistiin heinäkuussa. Kävi selväksi, että tämä oli huijausta.
Kokeellinen vahvistus
Jotkut tutkijat - Alexander Parkhomov Venäjän kansojen ystävyyden yliopistosta ja Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -onnistui toistamaan Venäjän kylmän lämpöydinfuusion. MFPM-raportti oli nimeltään "The End of the Carbon Era Is Near". Syynä sellaiseen ihailuun oli gammasäteilypurkauksen löytäminen, jota ei voi selittää muuten kuin lämpöydinreaktiolla. Tutkijoiden mukaan Rossilla on juuri se, mitä hän sanoo.
Kelpoinen avoin kylmäfuusioresepti voi herättää energia-kultakuumeen. Vaihtoehtoisia menetelmiä voidaan löytää Rossin patenttien ohittamiseksi ja hänen pitämiseksi poissa monen miljardin dollarin energialiiketoiminnasta.
Joten ehkä Rossi haluaisi välttää tämän vahvistuksen.
