זמן מעבר ואפשרות לאנרגיה היתוך

זמן מעבר ואפשרות לאנרגיה היתוך

במשך מאות שנים בני אדם חלמו עליו לרתום את כוח השמש להמריץ את חיינו כאן על כדור הארץ. אבל אנחנו רוצים ללכת מעבר לאיסוף אנרגיה סולארית, ויום אחד לייצר משלנו מתוך מיני שמש. אם אנו מסוגלים לפתור קבוצה מורכבת ביותר של בעיות מדעיות והנדסיות, אנרגיית היתוך מבטיחה א ירוק, בטוח, מקור אנרגיה בלתי מוגבל. מתוך סתם קילוגרם אחד של דוטריום המופק ממים ביום יכול להגיע מספיק חשמל כדי להניע מאות אלפי בתים.

מאז שנות החמישים, יש מחקר מדעי והנדסי הניב התקדמות עצומה לקראת אילוץ אטומי מימן להתמזג בתגובה שמקיימת את עצמה-כמו גם א כמות קטנה אך ניכרת של אנרגיית היתוך. ספקנים ומצדדים כאחד שימו לב לשני האתגרים החשובים שנותרו: שמירה על התגובות לאורך פרקי זמן ארוכים ותכנון מבנה חומרי לרתום את כוח ההיתוך לחשמל.

כחוקרי היתוך ב מעבדת פיזיקה פלזמה פרינסטון, אנו יודעים שמבחינה ריאלית, תחנת הכוח ההיתוך המסחרית הראשונה נמצאת עדיין במרחק של לפחות 25 שנה. אבל הפוטנציאל של היתרונות הגדולים שלו להגיע למחצית השנייה של המאה הזו אומר שעלינו להמשיך לעבוד. הפגנות מרכזיות של היתכנות הפיוז'ן ניתנות לביצוע מוקדם יותר - וחייבות, כך שניתן יהיה לשלב כוח היתוך בתכנון לעתיד האנרגיה שלנו.

שלא כמו צורות אחרות של ייצור חשמל, כגון שמש, גז טבעי וביקוע גרעיני, לא ניתן לפתח היתוך במיניאטורה ואז פשוט להגדיל את הגודל. שלבי הניסוי גדולים ולוקח זמן לבנות אותם. אבל הבעיה של שפע, אנרגיה נקייה תהיה קריאה מרכזית לאנושות למאה הבאה ואילך. יהיה זה טיפשי לא לנצל באופן מלא את מקורות האנרגיה המבטיחים ביותר.

למה כוח היתוך?

באיחוי, שני גרעינים של אטום המימן (איזוטופים דוטריום וטריטיום) נתיך יחד. זה יחסית קשה לביצוע: שני הגרעינים טעונים חיובית, ולכן דוחים זה את זה. רק אם הם נעים מהר במיוחד כשהם מתנגשים הם יתנפצו, יתמזגו ובכך ישחררו את האנרגיה שאנו מחפשים.

זה קורה באופן טבעי בשמש. כאן על כדור הארץ אנו משתמשים במגנטים רבי עוצמה בכדי להכיל גז חם במיוחד של גרעינים ואלקטרונים טעונים בחשמל וטריטיום. הגז החם והטעון הזה נקרא פלזמה.

הפלזמה כל כך חמה - יותר מ -100 מיליון מעלות צלזיוס - עד שהגרעינים הטעונים בחיוב נעים מהר מספיק כדי להתגבר על הדחייה וההתמזגות החשמלית שלהם. כאשר הגרעינים מתמזגים, הם יוצרים שני חלקיקים אנרגטיים - חלקיק אלפא (גרעין אטום הליום) ונייטרון.

חימום הפלזמה לטמפרטורה כה גבוהה דורש כמות גדולה של אנרגיה - שיש להכניס אותו לכור לפני שההיתוך יכול להתחיל. אבל ברגע שהוא יוצא לדרך, יש להיתוך פוטנציאל לייצר מספיק אנרגיה כדי לשמור על החום שלו, מה שמאפשר לנו לנתק חום עודף כדי להפוך לחשמל שמיש.

דלק לכוח היתוך קיים בשפע בטבע. דאוטריום יש בשפע במים, והכור עצמו יכול להכין טריטיום מליתיום. והוא זמין לכל העמים, בעיקר ללא תלות במשאבי הטבע המקומיים.

כוח ההיתוך נקי. הוא אינו פולט גזי חממה, ומייצר רק הליום וניוטרון.


 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

זה בטוח. יש אין אפשרות לתגובה בורחת, כמו "התמוטטות" של ביקוע גרעיני. במקום זאת, אם יש תקלה כלשהי, הפלזמה מתקררת ותגובות ההיתוך נפסקות.

כל התכונות הללו הניעו את המחקר במשך עשרות שנים, ונעשו אטרקטיבי עוד יותר עם הזמן. אבל החיוביים מתאימים לאתגר המדעי המשמעותי של היתוך.

התקדמות עד היום

ניתן למדוד את התקדמות ההיתוך בשתי דרכים. הראשון הוא ההתקדמות העצומה בהבנה הבסיסית של פלזמות בטמפרטורה גבוהה. מדענים היו צריכים לפתח תחום פיזיקה חדש - פיזיקת פלזמה - להעלות על הדעת שיטות להגביל את הפלזמה בשדות מגנטיים חזקים, ולאחר מכן לפתח את היכולות לחמם, לייצב, לשלוט בערבול ולמדוד את תכונות הפלזמה החמה.

גם הטכנולוגיה הקשורה התקדמה מאוד. יש לנו דחף את הגבולות במגנטים, ומקורות גל אלקטרומגנטיים וקורות חלקיקים אל להכיל ולחמם את הפלזמה. פיתחנו גם טכניקות כך חומרים יכולים לעמוד בחום העז של הפלזמה בניסויים הנוכחיים.

קל להעביר את המדדים הפרקטיים העוקבים אחר צעדת ההיתוך למסחור. הראשי ביניהם הוא כוח ההיתוך שנוצר במעבדה: ייצור כוח ההיתוך הסלים ממילי -וואט למיקרו -שניות בשנות ה -1970 ל -10 מגה -ואט של כוח היתוך (במעבדה לפיזיקת הפלזמה בפרינסטון) ו 16 מגה וואט לשנייה אחת (בטורוס האירופי המשותף באנגליה) בשנות התשעים.

פרק חדש במחקר

כעת הקהילה המדעית הבינלאומית פועלת באחדות להקמת מתקן מחקר היתוך עצום בצרפת. שקוראים לו ITER (בלטינית "הדרך"), מפעל זה יפיק כ -500 מגה -ואט של היתוך תרמי במשך כשמונה דקות בכל פעם. אם כוח זה יומר לחשמל, הוא יכול להניע כ -150,000 בתים. כניסוי, הוא יאפשר לנו לבדוק סוגיות מדעיות והנדסיות מרכזיות לקראת תחנות כוח היתוך שיתפקדו באופן רציף.

ITER מעסיקה את העיצוב המכונה "טוקאמק, "במקור ראשי תיבות רוסיים. הוא כולל פלזמה בצורת סופגנייה, המוגבלת בשדה מגנטי חזק מאוד, שנוצר בחלקו על ידי זרם חשמלי הזורם בפלזמה עצמה.

למרות שהוא מתוכנן כפרויקט מחקר, ולא נועד להיות יצרן נטו של אנרגיה חשמלית, ITER תייצר פי 10 יותר אנרגיית היתוך מאשר 50 מגה וואט הדרושים לחימום הפלזמה. זהו צעד מדעי עצום, היוצר את "הראשון"שריפת פלזמה, "שבה רוב האנרגיה המשמשת לחימום הפלזמה מגיעה מתגובת ההיתוך עצמה.

ITER נתמך על ידי ממשלות המייצגות מחצית מאוכלוסיית העולם: סין, האיחוד האירופי, הודו, יפן, רוסיה, דרום קוריאה וארה"ב זו הצהרה בינלאומית חזקה לגבי הצורך באנרגיה היתוך והבטחה שלה.

הדרך קדימה

מכאן, הדרך שנותרה לעבר כוח היתוך כוללת שני מרכיבים. ראשית, עלינו להמשיך ולחקור על הטוקמאק. המשמעות היא קידום הפיזיקה וההנדסה כדי שנוכל לקיים את הפלזמה במצב יציב במשך חודשים בכל פעם. נצטרך לפתח חומרים שיכולים לעמוד בכמות חום השווה לחמישית מזרימת החום על פני השמש לתקופות ארוכות. ועלינו לפתח חומרים שיעטפו את ליבת הכור כדי לספוג את הנויטרונים ולרבות טריטיום.

המרכיב השני בדרך לאיחוי הוא פיתוח רעיונות המשפרים את האטרקטיביות של היתוך. ארבעה רעיונות כאלה הם:

1) שימוש במחשבים, ייעל את עיצובי כורי ההיתוך בתוך מגבלות הפיסיקה וההנדסה. מעבר למה שבני אדם יכולים לחשב, עיצובים מותאמים אלה מייצרים צורות סופגנייה מעוותות יציבים במיוחד ויכולים לפעול באופן אוטומטי במשך חודשים ארוכים. הם מכונים "כוכבים" בעסקי הפיוז'ן.

2) פיתוח מגנטים חדשים של מוליכי על בטמפרטורה גבוהה שיכולים להיות חזקים וקטנים מ הטוב ביותר של היום. זה יאפשר לנו לבנות כורים היתוך קטנים יותר, וכנראה גם זולים יותר.

3) שימוש במתכת נוזלית, במקום מוצק, כחומר המקיף את הפלזמה. מתכות נוזליות אינן נשברות, המציע פתרון אפשרי לאתגר העצום כיצד יכול להתנהל חומר מסביב כשהוא יוצר קשר עם הפלזמה.

4) מערכות בנייה המכילות פלזמות בצורת סופגנייה עם אין חור במרכז, ויוצרים א פלזמה המעוצבת כמעט כמו כדור. חלק מגישות אלה יכולות לתפקד גם עם שדה מגנטי חלש יותר. אלה "טורי קומפקטי"וגישות" שדה נמוך "מציעות גם את האפשרות של הפחתת גודל ועלות.

תוכניות מחקר בחסות הממשלה ברחבי העולם עובדים על המרכיבים של שני המרכיבים - ויובילו לממצאים המועילים לכל הגישות לאנרגיית היתוך (כמו גם להבנתנו את הפלזמות בקוסמוס ובתעשייה). ב 10 עד 15 השנים האחרונות, גם חברות במימון פרטי הצטרפו למאמץ, במיוחד בחיפוש אחר טורי קומפקטי ופריצות דרך בשדה נמוך. ההתקדמות מגיעה והיא תביא עמה אנרגיה בשפע, נקי ובטוח.

שיחה

על המחבר

סטיוארט פראגר, פרופסור למדע אסטרופיזיקלי, לשעבר מנהל המעבדה לפיזיקת פלזמה בפרינסטון, אוניברסיטת פרינסטון ומייקל סי זארנסטורף, סגן מנהל המחקר במעבדה לפיזיקת פלזמה בפרינסטון, אוניברסיטת פרינסטון

מאמר זה פורסם במקור ב שיחה. קרא את מאמר מקורי.

[הערת העורך: להלן א הודעה מזהירה לגבי אנרגיית היתוך.]

ספרים קשורים:

at InnerSelf Market ואמזון

 

אולי גם תאהב

עקוב אחר InnerSelf ב

אייקון פייסבוקאייקון טוויטרסמל YouTubeאייקון אינסטגרםסמל pintrestאייקון rss

 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

שפות זמינות

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

הנקראים ביותר

האם זה קוביד או צואת שחת 8 7
הנה איך לדעת אם זה קוביד או קדחת השחת
by סמואל ג'יי ווייט, ופיליפ ב' ווילסון
עם מזג אוויר חם בחצי הכדור הצפוני, אנשים רבים יסבלו מאלרגיות לאבקנים.…
שחקן בייסבול עם שיער לבן
האם אנחנו יכולים להיות זקנים מדי?
by בארי ויסל
כולנו מכירים את הביטוי "אתה זקן כמו שאתה חושב או מרגיש". יותר מדי אנשים מוותרים על…
שינוי דעות של אנשים 8 3
מדוע קשה לערער על אמונות שווא של מישהו
by לארה מילמן
רוב האנשים חושבים שהם רוכשים את האמונות שלהם תוך שימוש בסטנדרט גבוה של אובייקטיביות. אבל לאחרונה…
מקלות כתם מרווה, נוצות ולוכד חלומות
ניקוי, הארקה והגנה: שתי שיטות יסוד
by מרי אן דימרקו
בתרבויות רבות יש נוהג טיהור פולחני, הנעשה לעתים קרובות עם עשן או מים, כדי לסייע בהסרת...
להתגבר על הבדידות 8 4
4 דרכים להתאושש מבדידות
by מישל לי
בדידות אינה יוצאת דופן בהתחשב בכך שזהו רגש אנושי טבעי. אבל כשמתעלמים או לא ביעילות...
ילדים המשגשגים מלמידה מקוונת 8 2
איך חלק מהילדים משגשגים בלמידה מקוונת
by אן בורק
בעוד שלעתים קרובות נראה היה שהתקשורת דיווחה על היבטים שליליים של חינוך מקוון, זה לא היה...
קוביד וקשישים 8 3
קוביד: כמה זהיר אני עדיין צריך להיות בקרב בני משפחה מבוגרים ופגיעים?
by סיימון קולסטו
לכולנו די נמאס מ-COVID, ואולי נלהבים לקיץ של חופשות, טיולים חברתיים ו...
משקאות סומרים מועדפים 8 3
5 משקאות קיץ היסטוריים כדי לשמור על קור רוח
by אניסטיה רנארד מילר
לכולנו יש את המשקאות הקרים הקיציים האהובים עלינו, ממאכלים בריטים פירותיים כמו כוס...

עמדות חדשות - אפשרויות חדשות

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | שוק InnerSelf
זכויות יוצרים © 1985 - פרסומי 2021 InnerSelf. כל הזכויות שמורות.