Dėl naujos fizikos atnaujinimo sintezės energijos galia pagaliau gali būti išlaisvinta


Atsinaujinančios energijos pasaulyje galbūt nėra ambicingesnio tikslo nei branduolių sintezės energija. Tai apima vandenilio atomų suliejimą, kad būtų sukurtas helis – procesas, generuojantis neįtikėtiną energijos kiekį. Tai reakcija, kuri vyksta kiekvieną akimirką saulėje, tačiau atkartoti ją Žemėje yra daug sunkesnis procesas. Tačiau jei mums pasiseks, turėsime švarų atsinaujinančios elektros šaltinį, kuris patenkins mūsų nuolat augančius energijos poreikius.

Tuo tikslu mokslininkai siekia reiškinio, vadinamo „užsidegimu“, kai sintezės reaktorius generuoja daugiau energijos, nei reikėjo pradinei reakcijai sukurti. Vykdomi keli dideli bandymai pasiekti šį tikslą, įskaitant Tarptautinį termobranduolinį eksperimentinį reaktorių (ITER) Prancūzijoje. Šios pastangos naudoja galingus magnetus mašinoje, vadinamoje tokamaku, kad būtų sukurta perkaitinta plazma, sukurta naudojant vandenilio kurą.

Tačiau čia slypi problema: yra tik tiek vandenilio degalų, kuriuos galite įpilti į tokamaką, kol viskas nepradės siaubingai blogai.

„Vienas iš apribojimų gaminant plazmą tokamake yra vandenilio degalų kiekis, kurį galite įleisti į jį“, – sakė Šveicarijos plazmos centro mokslininkas Paolo Ricci. sakoma pranešime spaudai. „Nuo pat pirmųjų branduolių sintezės dienų žinojome, kad jei bandysite padidinti kuro tankį, tam tikru momentu įvyks tai, ką vadiname „sutrikimu“ – iš esmės visiškai prarasite uždarumą, o plazma pateks visur.

Norėdami išspręsti šią problemą, mokslininkai pradėjo tyrinėti įvairias lygtis, kad išmatuotų maksimalų vandenilio kiekį, kurį galite įdėti į tokamaką prieš sugadinimą. Vienas dėsnis, kuris galiausiai įsitvirtino ir tapo pagrindiniu branduolių sintezės tyrimų pasaulyje, yra žinomas kaip „Grinvaldo riba“, pagal kurią degalų kiekis, kurį galima naudoti tokamake, yra tiesiogiai susijęs su mašinos spinduliu. ITER tyrėjai netgi sukūrė savo mašiną remdamiesi šiuo įstatymu.

Tačiau net Greenwald riba nebuvo tobula.

„Greenvaldo riba yra tai, ką mes vadiname „empirine“ riba arba įstatymu, o tai iš esmės reiškia, kad tai tarsi nykščio taisyklė, pagrįsta ankstesnių eksperimentų stebėjimais“, – Kalifornijos Lawrence’o Livermore’o nacionalinės laboratorijos eksperimentinis fizikas Alexas Zylstra. , „The Daily Beast“ sakė el. “Tai labai naudingi, bet mes visada turime būti atsargūs, kai juos taikome ne sąlygomis, kuriose turime eksperimentų duomenų.”

Štai kodėl Ricci ir jo komanda metė iššūkį šiam ilgalaikiam tikėjimui naujas popierius paskelbtas gegužės 6 dieną žurnale Fizinės apžvalgos laiškai. Jame jie teigia, kad Greenwald riba iš tikrųjų gali būti padidinta – beveik padvigubinant vandenilio kuro kiekį, kuris gali patekti į tokamaką, kad būtų galima gaminti plazmą. Jų išvados galėtų padėti pagrindus būsimiems branduolių sintezės reaktoriams, tokiems kaip DEMO – šiuo metu kuriamo ITER įpėdinis – pagaliau užsidegti.

„Tai svarbu, nes parodo, kad tankis, kurį galite pasiekti tokamake, didėja didėjant galiai, kurios reikia jam paleisti“, – sakė Ricci. „Tiesą sakant, DEMO veiks daug didesne galia nei dabartiniai tokamakai ir ITER, o tai reiškia, kad galite pridėti daugiau degalų tankio neribojant galios, priešingai Grinvaldo įstatymui. Ir tai labai gera žinia“.

Zylstra mano, kad komandos atradimas yra reikšmingas, nes jis atskleidžia, kodėl sintezės reaktoriai taip pat turi tokią ribą. Tai taip pat rodo, kad tokamakų, tokių kaip ITER ar DEMO, dizainas gali būti „mažiau suvaržytas, nei manyta anksčiau“. Dvigubai padidinus kuro tankį, gali labai pagerėti tokamakų išeiga ir galiausiai paskatinti uždegimą.

„Senuzija yra nepaprastai sudėtinga problema – tiek moksliškai, tiek technologiškai, o norint, kad sintezės energija taptų realybe, reikia daug pažangos, padarytos vienu žingsniu“, – pridūrė Zylstra. „Jei šis tyrimas bus toliau patvirtintas, ypač tokiose mašinose kaip ITER, tai tikrai padės magnetinės sintezės bendruomenei patikimai suprojektuoti ir optimizuoti būsimus eksperimentinių ir elektros energijos gamybos įrenginių projektus.