Rizikuoti ir įgyti | gamtos fizika

Rizikuoti ir įgyti | gamtos fizika

Anonim

Dalykai

  • Branduolinė fizika

Pagaliau plataus užmojo programa, kuria siekiama gaminti energiją iš branduolių sintezės, daro tam tikrą pažangą.

Tai yra senas pokštas, kad gebėjimas generuoti energiją iš sintezės yra „visada per 50 metų“. Vis dėlto praėjusį mėnesį „ Nature“ paskelbtoje JAV nacionalinio uždegimo fondo (NIF) ataskaitoje 1 nurodoma, kad galbūt po kelerių metų nuo šio pesimistiško grafiko bus nuspręsta. NIF pagaliau pasiekė ne uždegimą, o degalų prieaugį, didesnį nei vienybė - tai yra, sintezės metu pagamintos energijos kiekis viršijo energijos kiekį, kuris kaupiasi sintezės degaluose, kad būtų galima pradėti procesą.

NIF, esantis Lawrence Livermore nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijoje, bando sulieti inercinę gimdymo kamerą. Jo 192 lazerių sistema pumpuoja beveik 2 MJ į mažą aukso cilindrą, arba „hohlraum“, kurio skersmuo mažesnis nei 6 mm, o ilgis mažesnis nei 10 mm. Hohlare yra milimetro dydžio plastikinė kapsulė, kurios vidinis paviršius yra padengtas deuterio – tričio (D – T) ledo sluoksniu, laikomu 18, 6 K temperatūroje. Kai lazerio pūtimas pataikė į hohlamumą, jo energija virsta Rentgeno spinduliai, kuriuos sugeria kapsulė, sukurdami didžiulį spaudimą išoriniam apvalkalui ir priversdami ją įsibėgėti į vidų, suspaudžia D-T kurą. Implantacijos centre susidaro „taškas“ ir prasideda deuterio ir tričio branduolių suliejimas, kiekvienu atveju išskiriant neutroną ir α daleles. Neutronai ištrūksta (o jų išmatuotas derlius yra pagrindinis D – T sintezės rodiklis), tačiau α dalelės nusėda savo energiją karsto vietoje. Naujausi NIF duomenys rodo, kad šio proceso metu gaunama energija gali būti didesnė už energijos kiekį, kurį, remiantis modeliais, sugeria degalai.

Tam tikru būdu neužtenka užsidegimo: norimas rezultatas yra savaiminio pašildymo procesas, kai α dalelių sukauptos energijos pakanka, kad hotspot galėtų užsidegti ir sušildyti aušinantį aplinkinį kurą, kuris taip pat pradeda degti ir deginti. Tuomet energijos išeiga turėtų viršyti ne tik energijos kiekį, kuris pateko į kurą, bet ir energiją, kuri eidavo į visą D – T plazmos kūrimo procesą. Šiuo metu pagamintos sintezės energijos ir lazerio energijos sąnaudų santykis yra tik apie 1% (2 nuoroda).

Image

Nacionalinio uždegimo įrenginio išankstiniai stiprintuvai, kuriuose dabar pasiektas didesnis nei vieningumas degalų. Vaizdas: DAMIEN JEMISON / LLNL

Tačiau kelias net iki šio taško yra sunkus. NIF, kurio statyba kainavo 3, 5 milijardo dolerių, pradėjo veikti 2009 m., Kad būtų galima užsidegti iki 2012 fiskalinių metų pabaigos. Tačiau 2012 m. Gruodžio mėn. NIF viršininkai pripažino, kad susiduria su dideliais inercinės gimdymo sintezės modelių ir įrenginio surinktų duomenų neatitikimais; jie paprašė finansuotojų mažiausiai trejus papildomus metus, kad jie suprastų fizines problemas, kylančias dėl šių problemų 3 . Nebuvo nustatyta jokios naujos užsidegimo datos - veikiau laikas bus naudojamas nustatant, ar užsidegimas netgi yra įmanomas. Tuometinis JAV Gamtos išteklių gynybos tarybos branduolinės programos direktorius Christopheris Paine'as skundėsi 4, kad „tai nėra kelias į priekį siekiant užsidegimo, tai kelias į tolesnį finansavimą“.

Nuo to laiko NIF fizikai sunkiai dirbo, o naujas degalų prieaugio etapas buvo pasiektas, visų pirma, suformuojant lazerio impulsą, kuris pasiekia hohlamumą. Proceso pradžioje vadinamasis aukšto kojos implantacija yra aukštesnė nei įprasta hohlraumo radiacijos temperatūra, o implantacijos metu kapsulė tampa stabilesnė. Tačiau tai nėra užsidegimas, o trejų metų lengvatinis laikotarpis baigiasi kitais metais, kai tikimasi tolesnės pažangos apžvalgos.

Niekas nemanė, kad tai bus lengva, o dar viena komplikacija yra ta, kad NIF egzistavimas buvo parduotas atsižvelgiant į jo svarbą branduolinei ginkluotei - kadangi JAV 1992 m. Pasirinko savanorišką branduolinių ginklų bandymų moratoriumą, NIF eksperimentus ketinama atlikti JAV branduolinio arsenalo kūrimas ir priežiūra. Tuo pačiu krizės tašku 2012 m. Gruodžio mėn. Senato asignavimų energetikos ir vandens plėtros pakomitetis pareikalavo 3 „būti tikri dėl esminės pažangos siekiant NIF tikslo - pasiekti atsargų tvarkymą arba bus sunku pagrįsti 450 mln. USD metines operacijų išlaidas“.

Likusiame pasaulyje sintezės istorija nėra laimingesnė: daugianacionaliniam ITER projektui, kurio tikslas - ne magnetinis, o ne inercinis sintezės plazmos uždarymas, iškilo vėlavimai ir finansavimo problemos; operacijos turėtų būti pradėtos 2027 m., 11 metų vėliau, nei planuota iš pradžių. Bet jei niekas neišdrįs, nieko neišgaus. Taip, šiems projektams reikalingos nemažos finansinės investicijos ir didesnės laiko investicijos, nei mums gali patikti. Tinkama priežiūra ir reguliarus pakartotinis įvertinimas yra gyvybiškai svarbūs dalykai ir gali būti, kad turėsime pripažinti pralaimėjimą, tačiau to nėra dabar, nes žengti pirmieji vilties keliantys žingsniai.

Autoriai