Wewnątrz pierwszego na świecie reaktora jądrowego, który będzie zasilał Ziemię za pomocą tej samej energii co słońce

Następnie TylkoGliwice poszedł za kulisami na największym na świecie urządzeniu do fuzji nuklearnej, próbując wykorzystać tę samą reakcję, która napędza słońce i gwiazdy.

W sercu Prowansji niektóre z najjaśniejszych umysłów naukowych na planecie przygotowują scenę dla tak zwanego największego i najbardziej ambitnego eksperymentu naukowego na świecie.

„Budujemy prawdopodobnie najbardziej złożoną maszynę, jaką kiedykolwiek zaprojektowano” – zwierzył się Laban Coblentz.

Zadaniem jest wykazanie wykonalności wykorzystania fuzji jądrowej – ta sama reakcja zasilająca nasze słońce i gwiazdy – na skalę przemysłową.

Aby to zrobić, największa na świecie komora ograniczona magnetyczna lub Tokamak jest w budowie na południu Francji, aby generować energię netto.

Międzynarodowa umowa projektu reaktora termojądrowego (ITER) została formalnie podpisana w 2006 r. Przez USA, UE, Rosję, Chiny, Indie i Koreę Południową w Pałacu Elysée w Paryżu.

Obecnie ponad 30 krajów współpracuje z wysiłkami na rzecz budowy urządzenia eksperymentalnego, przewidującego, że waży 23 000 ton i wytrzyma temperaturę do 150 milionów ° C po zakończeniu.

„W pewnym sensie jest to jak narodowe laboratorium, obiekt wielkiego instytutu badawczego. Ale to zbieżność krajowych laboratoriów, naprawdę 35 krajów” – powiedział TylkoGliwice, szef komunikacji ITera, szef komunikacji ITera.

Jak działa fuzja nuklearna?

Fuzja jądrowa jest procesem, w którym dwa lekkie jądra atomowe łączą się, tworząc jedno cięższe, generując masowe uwalnianie energii.

W przypadku słońca atomy wodoru u jego rdzenia są połączone przez samą ilość ciśnienia grawitacyjnego.

Tymczasem badane są dwie główne metody generowania fuzji.

„Po pierwsze, mogłeś usłyszeć w National Ignition Facility w USA” – wyjaśnił Coblentz.

„Bierzesz bardzo, bardzo odrobinę – wielkość pieprzu – dwóch form wodoru: deuter i tryt. I strzelasz do nich lasery. Tak więc robisz to samo. Zmiażdżisz ciśnienie, a także dodajesz ciepło i dostajesz eksplozję energii, e = mc². Niewielka ilość materii jest przekształcona w energię”.

Projekt ITera koncentruje się na drugiej możliwej trasie: fuzja ożywienia magnetycznego.

„W tym przypadku mamy bardzo dużą komorę, 800 m³, i umieszczamy bardzo niewielką ilość paliwa -2 do 3 g paliwa, deuteru i trytu – i otrzymujemy ją do 150 milionów stopni poprzez różne systemy grzewcze” – powiedział Laban.

„Taka jest temperatura, w której prędkość tych cząstek jest tak wysoka, że ​​zamiast odpierać się swoim ładunkiem dodatnim, łączą się i łączą. A kiedy łączą się, wydzielają cząstkę alfa i wydzielają neutron”.

W Tokamak naładowane cząstki są ograniczone przez pole magnetyczne, z wyjątkiem wysoce energetycznych neutronów, które uciekają i uderzają w ścianę komory, przenoszą ciepło, a tym samym podgrzewaną wodę biegnącą za ścianą.

Teoretycznie energia byłaby wykorzystywana przez powstały pary napędzający turbinę.

„Jest to, jeśli chcesz, następca długiej linii urządzeń badawczych” – wyjaśnił Richard Pitts, lider sekcji ITer’s Science Division.

„W tej dziedzinie bada fizykę Tokamak od około 70 lat, ponieważ pierwsze eksperymenty zostały zaprojektowane i zbudowane w Rosji w latach 40. i 50.” – dodał.

Według Pittsa wczesne tokamaki były małymi urządzeniami tabletopowymi.

„Zatem stopniowo stają się coraz większe i większe, ponieważ wiemy – z naszej pracy nad tymi mniejszymi urządzeniami, nasze badania skalowania od małego do większego do większego – że aby wyciągnąć moc połączenia sieci, musimy uczynić jedną z nich tak dużym” – powiedział.

Zalety fuzji

Elektrownie jądrowe istnieją od lat 50. XX wieku, wykorzystując reakcję rozszczepienia, w której atom jest podzielony w reaktorze, uwalniając ogromną ilość energii w tym procesie.

Rozszczepienie ma wyraźną zaletę, że jest już ustaloną wypróbowaną i przetestowaną metodą, z ponad 400 reaktorami rozszczepienia jądrowego na całym świecie.

Ale chociaż katastrofy nuklearne były rzadkim zjawiskiem w historii, katastrofalne krach w reaktorze 4 w Czarnobylu w kwietniu 1986 r. Jest silnym przypomnieniem, że nigdy nie są całkowicie wolne od ryzyka.

Ponadto reaktory rozszczepienia muszą również walczyć z bezpiecznym zarządzaniem ogromnymi ilościami odpadów radioaktywnych, które są zwykle zakopane głęboko pod ziemią w repozytoriach geologicznych.

Natomiast ITER zauważa, że ​​instalacja fuzyjna o podobnej skali wytwarzałaby moc z znacznie mniejszej ilości wejściowych chemicznych, zaledwie kilku gramów wodoru.

„Efekty bezpieczeństwa nie są nawet porównywalne” – zauważył Coblentz.

„Masz tylko 2 do 3 g materiału. Co więcej, materiał w elektrowni fuzyjnej, deuter i tritium, a materiał wychodzący, nie radioaktywny hel i neutron, są uprządzone. Więc nie ma resztek, że tak powiem, a ekwipunek materiału radioaktywnego jest wyjątkowo maleńki”-dodał.

Niepowodzenia projektu ITER

Wyzwanie związane z fuzją, podkreśla Coblentz, polega na tym, że te reaktory jądrowe pozostają niezwykle trudne do zbudowania.

„Próbujesz wziąć coś do 150 milionów stopni. Próbujesz uczynić go potrzebną skalą i tak dalej. To po prostu trudna rzecz” – powiedział.

Z pewnością projekt ITER zmagał się ze złożonością tego gigantycznego przedsięwzięcia.

Oryginalna harmonogram projektu ITER ustalił 2025 jako datę pierwszej plazmy, z pełnym uruchomieniem systemu dodanego za 2035.

Ale niepowodzenia komponentów i opóźnienia związane z Covid-19 doprowadziły do ​​zmieniającego się harmonogramu uruchamiania systemu i dopasowania budżetu balonowego.

Zaktualizowana podstawowa propozycja złożona do rady ITER w lipcu tego roku przewiduje teraz czteroletnie opóźnienie.

Początkowy szacunek kosztów projektu wyniósł 5 miliardów euro, ale wzrosła do ponad 20 miliardów euro. Opóźniona harmonogram stanowi teraz ponad 5 miliardów funduszy.

„Wcześniej napotykaliśmy wyzwania po prostu ze względu na złożoność i mnóstwo pierwszych materiałów, pierwszych w swoim rodzaju komponentów w pierwszej maszynie w rodzaju”-wyjaśnił Coblentz.

Jedna znacząca niepowodzenie dotyczyło niewspółosiowości w powierzchniach spawania segmentów komory próżniowej wyprodukowanej w Korei Południowej.

„Te, które przybyły, przybyły z wystarczającą niezgodnością na krawędziach, na których spawujesz je razem, że musimy powtórzyć te krawędzie” – powiedział Coblentz.

„To nie jest nauka rakietowa w tym konkretnym przypadku. To nie jest nawet fizyka jądrowa. To tylko obróbka i przyciąganie rzeczy do niewiarygodnego precyzji, co było trudne” – dodał.

Coblentz twierdzi, że projekt jest obecnie zaangażowany w proces reseksualny, w nadziei, że pozostanie jak najbliżej ich oryginalnego celu 2035 na rozpoczęcie operacji fuzji.

„Zamiast skupiać się na tym, jakie były nasze daty przed pierwszą plazmą, pierwszy test maszyny w 2025 r., A następnie seria czterech etapów, aby początkowo dostać się do siły fusion w 2035 r., Po prostu pominiemy pierwszą plazmę. Upewnimy się, że testy zostaną wykonane w inny sposób, abyśmy mogli przykleić jak najwięcej do tej daty” – powiedział.

Współpraca międzynarodowa

Jeśli chodzi o współpracę międzynarodową, ITER jest czymś w rodzaju jednorożca w tym, jak wytrzymał wiatry na napięcia geopolityczne między wieloma narodami zaangażowanymi w projekt.

„Kraje te nie są oczywiście wyrównane ideologicznie. Jeśli spojrzysz na flagi funkcji na miejscu pracy przez Alphabet, Chiny latają obok Europy, Rosja lata obok Stanów Zjednoczonych” – zauważył Coblentz.

„Aby te kraje mogły zobowiązać się do wspólnej współpracy, nie było pewności. Nigdy nie będzie pewności, że nie będzie pewnych konfliktów”.

Coblentz oddaje względne zdrowie projektu na fakt, że uruchomienie fuzji nuklearnej jest powszechnym, pokoleniowym snem.

„To właśnie łączy tę siłę. I dlatego przetrwało obecne sankcje, które Europa i inni mają na temat Rosji w obecnej sytuacji z Ukrainą” – dodał.

Zmiany klimatu i czysta energia

Biorąc pod uwagę skalę wyzwań związanych z zmianami klimatu, nic dziwnego, że naukowcy ścigają się, aby znaleźć bezczelne źródło energii, aby zasilić nasz świat.

Ale obfita dostawa energii fuzyjnej jest wciąż daleko, a nawet ITER przyznaje, że ich projekt stanowi długoterminową odpowiedź na obawy energetyczne.

W odpowiedzi na pogląd, że Fuzja nadejdzie za późno, aby pomóc w znaczącym w walce z kryzysem klimatycznym, Coblentz twierdzi, że siła fuzji może odgrywać pewną rolę w przyszłości.

„Jeśli naprawdę mamy wzrost poziomu morza w takim stopniu, w jakim zaczniemy potrzebować zużycia energii, aby przenosić miasta? Jeśli zaczniemy widzieć wyzwania energetyczne w tej skali, staje się to naprawdę oczywiste odpowiedzią na twoje pytanie” – powiedział.

„Im dłużej czekamy na Fusion, tym bardziej jej potrzebujemy. Więc inteligentne pieniądze są: weź je tutaj tak szybko, jak to możliwe”.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tej historii, obejrzyj wideo w powyższym odtwarzaczu multimedialnym.