Masa Peralihan dan Keupayaan Untuk Tenaga Fusion

Masa Peralihan dan Keupayaan Untuk Tenaga Fusion

Selama berabad-abad, manusia telah bermimpi memanfaatkan kuasa matahari untuk memberi tenaga kepada kita di Bumi. Tetapi kita mahu melampaui pengumpulan tenaga suria, dan pada suatu hari menghasilkan kita sendiri dari mini-matahari. Sekiranya kita dapat menyelesaikan satu set masalah saintifik dan kejuruteraan yang rumit, tenaga fusion menjanjikan a hijau, selamat, sumber tenaga yang tidak terhad. Daripada adil satu kilogram deuterium yang diekstrak dari air setiap hari boleh datang cukup elektrik untuk kuasa beratus-ratus ribu rumah.

Sejak 1950, penyelidikan saintifik dan kejuruteraan mempunyai menjana kemajuan besar untuk memaksa atom hidrogen untuk bersatu dalam tindak balas sendiri - dan juga a jumlah kecil tetapi boleh dibuktikan tenaga gabungan. Skeptik dan penyokong sama perhatikan kedua-dua cabaran yang paling penting: mengekalkan reaksi dalam tempoh masa yang panjang dan merangka struktur material untuk memanfaatkan kuasa gabungan untuk elektrik.

Sebagai penyelidik fusion di Makmal Fizik Plasma Princeton, kita tahu bahawa secara realistik, loji kuasa fusion komersial pertama masih sekurang-kurangnya 25 tahun. Tetapi potensi untuk manfaat outsize untuk tiba pada separuh kedua abad ini bermakna kita mesti terus bekerja. Demonstrasi besar kemungkinan kelayakan fusi dapat dicapai lebih awal - dan mesti, sehingga daya gabungan dapat dimasukkan ke dalam perencanaan untuk masa depan tenaga kita.

Tidak seperti bentuk lain dari penjanaan elektrik, seperti solar, gas asli dan pembelahan nuklear, gabungan tidak boleh dibangunkan dalam bentuk kecil dan kemudiannya menjadi sederhana. Langkah eksperimen adalah besar dan mengambil masa untuk membina. Tetapi masalah yang banyak, tenaga bersih akan menjadi panggilan utama untuk umat manusia untuk abad ke depan dan seterusnya. Tidak mustahil untuk mengeksploitasi sepenuhnya sumber tenaga yang paling menjanjikan ini.

Kenapa kuasa gabungan?

Dalam gabungan, dua nukleus atom hidrogen (deuterium dan isotop tritium) sekat bersama. Ini agak sukar dilakukan: Kedua-dua nukleus dikenakan secara positif, dan oleh itu memusnahkan satu sama lain. Hanya jika mereka bergerak sangat cepat apabila mereka bertabrakan mereka akan menghancurkan bersama-sama, sekerap dan dengan itu melepaskan tenaga kita selepas itu.

Ini berlaku secara semula jadi di bawah sinar matahari. Di sini di Bumi, kami menggunakan magnet yang kuat untuk memuat gas yang sangat panas deuterium dan nukleus dan elektron tritium. Gas yang panas ini dipanggil plasma.

Plasma itu sangat panas - lebih daripada 100 juta darjah Celsius - bahawa nukleus yang bermuatan positif bergerak pantas untuk mengatasi penolakan elektrik dan fius. Apabila fius nukleus, mereka membentuk dua zarah energik - zarah alfa (nukleus atom helium) dan neutron.

Pemanasan plasma ke suhu yang tinggi memerlukan sejumlah besar tenaga - yang mesti dimasukkan ke dalam reaktor sebelum campuran boleh bermula. Tetapi apabila ia berlaku, gabungan akan berpotensi untuk menjana tenaga yang mencukupi untuk mengekalkan habanya sendiri, yang membolehkan kita melepaskan haba yang berlebihan untuk menjadi elektrik yang boleh digunakan.

Bahan bakar untuk kuasa campuran amat banyak. Deuterium berlimpah dalam air, dan reaktor itu sendiri boleh membuat tritium dari litium. Dan ia boleh didapati untuk semua negara, kebanyakannya bebas daripada sumber asli tempatan.

Kekuatan fusion adalah bersih. Ia tidak mengeluarkan gas rumah hijau, dan menghasilkan hanya helium dan neutron.


 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

Ia selamat. Terdapat tiada kemungkinan untuk reaksi yang melarikan diri, seperti pelepasan nuklear "kemurungan." Sebaliknya, jika terdapat sebarang kerosakan, plasma itu sejuk, dan tindak balas fusi terhenti.

Semua sifat ini telah mendorong penyelidikan selama beberapa dekad, dan telah menjadi lebih menarik dari masa ke masa. Tetapi positif dipadankan dengan cabaran saintifik yang penting untuk gabungan.

Kemajuan setakat ini

Kemajuan dalam gabungan boleh diukur dalam dua cara. Yang pertama ialah kemajuan besar dalam memahami asas plasmas suhu tinggi. Para saintis terpaksa mengembangkan bidang fizik baru - fizik plasma - untuk membayangkan kaedah untuk mengurung plasma dalam medan magnet yang kuat, dan kemudian mengembangkan kebolehan untuk memanaskan, menstabilkan, mengawal turbulensi dan mengukur sifat-sifat plasma superhot.

Teknologi berkaitan juga telah berkembang dengan pesat. Kami ada menolak sempadan magnet, dan sumber gelombang elektromagnet dan rasuk zarah ke mengandungi dan memanaskan plasma. Kami juga telah membangunkan teknik-teknik supaya Bahan-bahan boleh menahan haba yang sengit daripada plasma dalam eksperimen semasa.

Mudah untuk menyampaikan metrik praktikal yang menjejaki perarakan fusion ke pengkomersialan. Ketua di antara mereka adalah kekuatan gabungan yang dihasilkan di makmal: Penjanaan kuasa Fusion meningkat dari milliwatts untuk mikrodetik dalam 1970s ke 10 megawatt kuasa gabungan (di Princeton Plasma Physics Laboratory) dan 16 megawatt untuk satu saat (di Torus Eropah Bersama di England) di 1990s.

Bab baru dalam penyelidikan

Sekarang komuniti saintifik antarabangsa bekerja dalam perpaduan untuk membina kemudahan penyelidikan fusion besar di Perancis. Dipanggil ITER (Latin untuk "jalan"), loji ini akan menghasilkan kira-kira lapan minit pada satu masa. Sekiranya kuasa ini ditukar kepada elektrik, ia boleh memberi kuasa mengenai rumah 500. Sebagai eksperimen, ia akan membolehkan kita menguji isu sains dan kejuruteraan utama sebagai persediaan untuk tumbuhan kuasa gabungan yang akan berfungsi secara berterusan.

ITER menggunakan reka bentuk yang dikenali sebagai "tokamak, "Asalnya singkatan Rusia. Ia melibatkan plasma berbentuk donat, dibendung dalam medan magnet yang sangat kuat, yang sebahagiannya dicipta oleh arus elektrik yang mengalir dalam plasma itu sendiri.

Walaupun ia direka bentuk sebagai projek penyelidikan, dan tidak dimaksudkan untuk menjadi pengeluar bersih tenaga elektrik, ITER akan menghasilkan 10 kali lebih banyak tenaga gabungan daripada megawatt 50 yang diperlukan untuk memanaskan plasma. Ini adalah langkah saintifik yang besar, mewujudkan "pembakaran plasma, "Di mana kebanyakan tenaga yang digunakan untuk memanaskan plasma datang dari reaksi gabungan itu sendiri.

ITER disokong oleh kerajaan mewakili separuh penduduk dunia: China, Kesatuan Eropah, India, Jepun, Rusia, Korea Selatan dan AS Ia adalah kenyataan antarabangsa yang kuat mengenai keperluan, dan janji, tenaga gabungan.

Jalan ke hadapan

Dari sini, laluan yang tinggal ke arah daya gabungan mempunyai dua komponen. Pertama, kita mesti meneruskan penyelidikan mengenai tokamak. Ini bermakna memajukan fizik dan kejuruteraan supaya kita dapat mengekalkan plasma dalam keadaan mantap selama berbulan-bulan. Kita perlu membangunkan bahan-bahan yang boleh menahan jumlah haba yang bersamaan dengan satu perlima fluks haba pada permukaan matahari untuk tempoh yang panjang. Dan kita mesti membangunkan bahan-bahan yang akan menyelimuti teras reaktor untuk menyerap neutron dan membiak tritium.

Komponen kedua di jalan untuk perpaduan adalah untuk membangunkan idea-idea yang meningkatkan daya tarikan fusion. Empat idea berikut adalah:

1) Menggunakan komputer, mengoptimumkan reka bentuk reaktor fusion dalam kekangan fizik dan kejuruteraan. Di luar apa yang manusia boleh mengira, reka bentuk yang dioptimumkan dihasilkan bentuk donat berpintal yang sangat stabil dan boleh beroperasi secara automatik selama berbulan-bulan. Mereka dipanggil "bintang" dalam perniagaan gabungan.

2) Membangunkan magnet superkonduktor suhu tinggi yang boleh menjadi lebih kuat dan lebih kecil daripada hari ini yang terbaik. Itu akan membolehkan kita membina reaktor fusi yang lebih kecil dan mungkin lebih murah.

3) Menggunakan logam cecair, bukannya pepejal, sebagai bahan yang mengelilingi plasma. Logam cair tidak rosak, menawarkan penyelesaian yang mungkin kepada cabaran yang besar bagaimana bahan sekitar mungkin berkelakuan ketika ia menyentuh plasma.

4) Sistem bangunan yang mengandungi plasmas berbentuk donat dengan tiada lubang di tengah, membentuk a Plasma berbentuk hampir seperti sfera. Beberapa pendekatan ini juga boleh berfungsi dengan medan magnet yang lemah. Ini "tori padat"Dan" bidang rendah "pendekatan juga menawarkan kemungkinan saiz dan kos yang dikurangkan.

Program penyelidikan yang ditaja kerajaan di seluruh dunia sedang bekerja pada unsur-unsur kedua-dua komponen - dan akan menghasilkan penemuan yang memberi manfaat kepada semua pendekatan untuk tenaga gabungan (serta pemahaman kita terhadap plasmas dalam kosmos dan industri). Pada masa lalu 10 hingga 15, syarikat yang dibiayai secara persendirian turut menyertai usaha ini, terutamanya dalam mencari tori padat dan penembusan lapangan rendah. Kemajuan akan datang dan ia akan membawa tenaga berlimpah, bersih dan selamat dengannya.

Perbualan

Tentang Pengarang

Stewart Prager, Profesor Sains Astrophysical, bekas pengarah Makmal Fisika Plasma Princeton, Universiti Princeton dan Michael C. Zarnstorff, Timbalan Pengarah Penyelidikan, Princeton Plasma Physics Laboratory, Universiti Princeton

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

[Nota Editor: Berikut ialah mesej peringatan mengenai tenaga gabungan.]

Buku berkaitan:

at InnerSelf Market dan Amazon

 

Awak juga mungkin menyukai

ikuti InnerSelf pada

ikon facebookikon twitterikon youtubeikon instagramikon pintrestrss icon

 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

BAHASA TERSEDIA

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

VOICES INNERSELF

kumpulan individu berbilang kaum berdiri untuk bergambar kumpulan
Tujuh Cara Anda Boleh Menunjukkan Hormat kepada Pasukan Pelbagai Anda (Video)
by Kelly McDonald
Penghormatan amat bermakna, tetapi tiada kos untuk diberikan. Berikut ialah cara anda boleh menunjukkan (dan…
gajah berjalan di hadapan matahari terbenam
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 16 - 22 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
foto Leo Buscaglia dari kulit bukunya: Living, Loving and Learning
Cara Mengubah Kehidupan Seseorang Dalam Beberapa Saat
by Joyce Vissell
Kehidupan saya berubah secara dramatik apabila seseorang mengambil detik itu untuk menunjukkan kecantikan saya.
gambar komposit gerhana bulan penuh
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 9 - 15 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
05 08 membangunkan pemikiran belas kasihan 2593344 selesai
Membangunkan Pemikiran Ihsan Terhadap Diri dan Orang Lain
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Apabila orang bercakap tentang belas kasihan, mereka kebanyakannya merujuk kepada belas kasihan kepada orang lain... untuk…
pasangan muda, memakai topeng pelindung, berdiri di atas jambatan
Jambatan Penyembuhan: Virus Corona yang dihormati...
by Laura Aversano
Pandemik Coronavirus mewakili arus dalam realiti psikik dan fizikal kita yang…
Aurora pagi di atas Læsø, Denmark.
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 2 - 8 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
lingkaran
Hidup dalam Harmoni dengan Hormat untuk Semua
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Berjalan dengan bimbingan dalaman selaras dengan persekitaran anda dan dengan orang lain. Halangan yang dihadapi…
Untuk Benar Pilih Lelaki
Untuk Benar Pilih Lelaki
by Joyce Vissell
Untuk benar-benar mencintai seorang lelaki adalah memilihnya berulang kali. Tidak cukup dengan mengatakan ikrar perkahwinan satu…
lelaki muda duduk di dalam bilik gelap, merokok
Mengapa Orang Sangat Emosi dan Tidak Munasabah? (Video)
by William E. Halal
Zaman Pengetahuan dua dekad yang lalu sepatutnya membawa pemahaman yang lebih besar dan bahkan…
The Maya dan Carian Kontemporari Kami untuk Makna
The Maya dan Carian Kontemporari Kami untuk Makna
by Gabriela Jurosz-Landa
Orang-orang pergi ke Amazon untuk belajar dari dukun atau ke India untuk berlatih yoga untuk memperluas…

READ PALING

05 08 membangunkan pemikiran belas kasihan 2593344 selesai
Membangunkan Pemikiran Ihsan Terhadap Diri dan Orang Lain (Video)
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Apabila orang bercakap tentang belas kasihan, mereka kebanyakannya merujuk kepada belas kasihan kepada orang lain... untuk…
seorang lelaki menulis surat
Menulis Kebenaran dan Membenarkan Emosi Mengalir
by Barbara Berger
Menulis perkara adalah cara yang baik untuk mempraktikkan kebenaran.
gambar kaki kosong seseorang berdiri di atas rumput
Amalan untuk Membumikan dan Menuntut Semula Hubungan Anda dengan Alam Semula Jadi
by Jovanka Ciares
Kita semua mempunyai hubungan ini dengan alam dan seluruh dunia: ke bumi, ke air, ke udara, dan ke…
branin jirim kelabu dan putih 4 7
Memahami Jirim Kelabu dan Putih Otak
by Christopher Filley, Universiti Colorado
Otak manusia adalah organ seberat tiga paun yang sebahagian besarnya masih menjadi teka-teki. Tetapi kebanyakan orang pernah mendengar…
dua budak lelaki yang sedang memetik epal duduk di tepi timbunan jerami
Adakah Bersikap Tegar terhadap Orang Muda Meningkatkan Prestasi?
by Jennifer Fraser
Paradigma buli mempunyai ibu bapa, guru dan jurulatih yang percaya bahawa mereka mesti tegas…
membeli-belah apabila tuhan menyayangi anda 4 8
Bagaimana Perasaan Disayangi Tuhan Mengurangkan Perbelanjaan Pembaikan Diri
by Universiti Duke
Orang Kristian yang rohani atau beragama kurang berkemungkinan untuk membeli produk peningkatan diri…
pelukan jatuh dengan baik 5 6
Mengapa Pelukan Terasa Baik?
by Jim Dryden, Universiti Washington di St. Louis
Penyelidikan baharu menunjukkan mengapa pelukan dan jenis "sentuhan yang menyenangkan" lain terasa menyenangkan.
foto Leo Buscaglia dari kulit bukunya: Living, Loving and Learning
Cara Mengubah Kehidupan Seseorang Dalam Beberapa Saat
by Joyce Vissell
Kehidupan saya berubah secara dramatik apabila seseorang mengambil detik itu untuk menunjukkan kecantikan saya.

Sikap baru - Kemungkinan Baru

InnerSelf.comIklimImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 lahirnya Penerbitan. Hak cipta terpelihara.