Categorii
Seo

Cautarea Regatului Unit pentru o fuziune accesibila pana in 2040

Cautarea Regatului Unit pentru o fuziune accesibila pana in 2040

De zeci de ani, fuziunea a fost alchimia erei noastre tehnologice. Deci, cat de fezabil este planul Regatului Unit de a construi o centrala de fuziune viabila din punct de vedere comercial pana in 2040?

T

Stiinta fuziunii nucleare a fost dovedita la inceputul anilor 1930, dupa ce fuziunea izotopilor de hidrogen a fost realizata intr-un laborator. Si vedem fuziunea in actiune in fiecare zi. Stelele, inclusiv Soarele nostru, sunt gigantice reactoare de fuziune autosustinute.

Fuziunea intr-o stea functioneaza prin forte gravitationale intense care comprima materia impreuna, fortand atomii sa se topeasca si sa devina mai grei, eliberand energie in timp ce fac acest lucru. Replicarea acestui proces intr-un reactor de fuziune aici pe Pamant este totusi complexa si prezinta provocari ingineresti semnificative.

In multe privinte, fuziunea impartaseste caracteristicile alchimiei. Asa cum alchimistii si-au petrecut decenii din viata incercand sa transforme alte metale in aur, fuziunea este procesul care permite combinarea nucleelor ​​atomice usoare pentru a forma un nucleu mai greu, creand un element chimic diferit. 

Ceea ce i-a mentinut pe alchimisti a fost cunoasterea faptului ca, de vreme ce aurul exista in mod clar, trebuia sa fie creat cumva. Ceea ce nu si-au dat seama in acel moment a fost ca elementele grele, cum ar fi aurul, au fost de fapt create prin fuziune – desi fuziune in stele pe moarte care au explodat, imprastiind material in spatiu. Prin urmare, fuziunea si alchimia sunt mai strans legate decat isi dau seama oamenii. Din pacate, pentru oricare alchimisti din zilele noastre, datorita cantitatilor mari de energie necesare pentru a declansa reactiile de fuziune intre atomi, incercarile de a exploata fuziunea pe Pamant au nevoie de elemente usoare pentru a functiona, astfel incat aurul nu va fi un produs secundar.

Array

Reactoarele de fuziune functioneaza prin supraincalzirea izotopilor de hidrogen la peste 15 milioane de grade Celsius , care este la fel de fierbinte ca Soarele. Aceasta creeaza plasma, care este a patra stare a materiei. Plasma este comprimata, folosind magneti, de exemplu, pentru a fuziona izotopii de hidrogen impreuna, producand heliu si neutroni de mare viteza care trag in exterior. Acestea elibereaza 17,6MeV (megaelectron volti) de energie pe reactie, de aproximativ 10 milioane de ori mai mare decat cele gasite in arderile chimice tipice.

S-ar putea sa-ti placa si:

  • Vom avea vreodata … o fuziune nucleara de incredere?
  • Vedeta britanica de realitate TV construieste un reactor nuclear
  • Tarile care construiesc reactoare nucleare miniaturale

Spre deosebire de fisiunea nucleara, care separa atomii grei, fuziunea nucleara comprima impreuna atomii usori. Aceasta inseamna ca exista deseuri mult mai putin daunatoare create prin fuziune. Bombardamentul cu neutroni determina o planta de fuziune sa devina usor radioactiva, totusi aceste produse radioactive sunt de scurta durata. Prin urmare, Fusion ofera potentialul tentant pentru o productie de energie aproape nelimitata, prietenoasa climatului, care nu vine cu o umbra de deseuri radioactive.

Reactoarele de testare, cum ar fi Joint European Torus (Jet) de la Culham din Anglia, au dovedit ca fuziunea este posibila, desi pentru perioade scurte de timp.

Provocarea consta in transformarea acestor reactoare experimentale intr-un proces continuu, care este viabil din punct de vedere comercial. Pentru aceasta, ar trebui sa genereze mai multa energie decat este necesara pentru a mentine reactia de fuziune.

Prima etapa de asamblare a reactorului Iter a fost lansata la inceputul acestui an (credit: Clement Mahoudeau / AFP / Getty Images)

Timp de decenii, ni s-a promis ca centralele comerciale de fuziune vor exista in termen de 30 de ani. Inca din 1955, fizicianul Homi J Bhabha sustinea ca vom avea putere de fuziune in doua decenii. Aceasta afirmatie, si multe altele de atunci, nu au reusit in mod repetat sa fie realizata. Promisiunea este eterna, dar fuziunea pare intotdeauna la aceeasi distanta.

Intelegem cum functioneaza fuziunea in conditii ideale. Din pacate, realitatea este rareori ideala. Fuziunea este o provocare inginereasca, mai degraba decat una stiintifica. „Cea mai mare provocare nu este legata de stiinta, ci de faptul ca oamenii de stiinta trebuie sa ofere acum ceva intr-un sens practic”, spune Andrew Storer, director executiv al Centrului de Cercetare pentru Productia Avansata Nucleara din Marea Britanie.

Cu toate acestea, lucrurile ar putea fi pe cale sa se schimbe. Anul trecut, guvernul britanic si-a anuntat planurile pentru un reactor de fuziune complet functional pana in 2040. Prima etapa a acestui lucru a fost dezvoltarea unui masterplan pentru reactorul de fuziune Tokamak sferic pentru productia de energie (Step), un design unic pentru cercetarea de fuziune din Marea Britanie. Vanatoarea este acum activata pentru un site adecvat din Marea Britanie pentru reactorul Step.

Cu toate acestea, construirea unui reactor de fuziune complet functional, viabil din punct de vedere comercial, in 20 de ani este o intreprindere colosala. Pentru comparatie, reactorul de fisiune nucleara Hinkley Point C este de asteptat sa fie finalizat pana in 2025. Va dura 15 ani, de la propunere pana la finalizare, si va folosi tehnologia de fisiune nucleara existenta, existenta inca din anii 1950.

Intre timp, reactorul de fuziune Iter din Franta este in prezent construit in proportie de 70% si se asteapta sa realizeze prima plasma in 2025. Acesta va fi un reactor de fuziune demonstrativ pe deplin functional, oferind 500 megawatti de putere de fuziune – suficient, daca este transformat in electricitate, pentru a alimenteaza un oras de marimea Liverpool.

„Exista atat de multe lucruri despre Iter care aproape par a fi science fiction”, spune Ian Chapman, director executiv al Autoritatii pentru Energie Atomica din Marea Britanie. „Exista un magnet care coboara pe mijlocul Iter, cel mai mare magnet care poate fi facut. Impulsul magnetic produs ar putea ridica o aeronava chiar din ocean. ”

Cu toate acestea, Iter este foarte diferit de proiectarea reactorului Step din Marea Britanie. Iter foloseste un reactor in forma de gogosa, dar Step va folosi un design sferic de tokamak, care este mai compact. Aceasta reducere a dimensiunii va insemna ca magnetii pot fi mult mai mici, putand economisi milioane de lire sterline.

Construirea unui reactor de fuziune functional in doar 20 de ani este o intreprindere colosala (Credit: UAEA)

O parte a planului de sustinere a construirii reactorului Step este noua instalatie de cercetare a fuziunii care urmeaza sa fie construita alaturi de Nuclear AMRC din Rotherham. Acest lucru va lua conceptul de reactor si il va transforma in componente construibile care sunt gata de utilizare in industrie.

Unul dintre principalele progrese in cercetarea fuziunii care face viabil Step este divertorul Super-X. Deoarece fuziunea implica temperaturi la fel de calde precum Soarele, aceasta caldura trebuie sa mearga undeva. Daca peretii navei experimenteaza aceasta sarcina termica, ei s-ar topi instantaneu, provocand esecul fuziunii. In schimb, aceasta evacuare de plasma este directionata catre divertor.

„Esapamentul cu plasma este una dintre provocarile tehnice cheie cu care se confrunta fuziunea. Produsele secundare si caldura in exces din plasma vor trebui eliminate, fara a deteriora suprafetele inconjuratoare. Facem acest lucru cu un sistem de esapament cunoscut sub numele de divertor ”, spune Chapman. „Noul sistem pe care il incercam la Mast Upgrade ar trebui sa reduca caldura la niveluri usor de gestionat, precum cel gasit intr-un motor de masina.”

Divergentul permite eliminarea materialelor reziduale create in timpul procesului de fuziune pe masura ce reactorul functioneaza. Pe masura ce particulele de plasma de mare energie lovesc tintele, energia lor cinetica se transforma in caldura, care este indepartata prin diferite metode de racire.

Mast Upgrade a obtinut prima plasma la Culham in octombrie 2020.

O modalitate de a face data 2040 mai realizabila ar putea fi utilizarea unei parti a unei centrale electrice existente, cu vechiul sistem de generare a energiei inlocuit cu noul reactor Step. Avantajul este ca procesul de conversie a energiei, pentru crearea energiei electrice, ramane acelasi.

„Daca se ia decizia de a construi Tokamak, dar de a utiliza un site existent cu o cladire existenta de turbina, atunci devine mult mai fezabil pentru mine”, spune Storer. „Tot timpul si costul au fost deja scufundate.”

Principalul obstacol va fi interfata dintre noul reactor de fuziune si centrala electrica existenta. Din pacate, nu exista un port USB pentru centrale. Cu toate acestea, timpul si costul de a construi o centrala electrica complet noua sunt semnificative. Dimensiunea relativ mica a reactorului Step este, de asemenea, avantajoasa.

Promisiunea „Soarelui intr-o sticla” a insemnat timp, energie si resurse incalculabile a investit aceasta viziune a unei surse de combustibil curate, fara sfarsit. S-ar fi putut sustine in anii 1930 ca fuziunea era o prostie. Dar acum, am putea fuziona cu adevarat in cateva decenii.

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Culture, Worklife si Travel, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.