Глобална нуклеарна претња појачала се последњих месеци након тврдњи да је Северна Кореја градила нуклеарно оружје и претње председника Доналда Трампа против опасног лидера земље. Ескалирајуће тензије су чак довеле до померања сата Судњег дана ближе поноћи.
Међутим, упркос свом потенцијалу да уништи свет и угрози само наше постојање, нуклеарна енергија такође има потенцијал да реши хитне потребе планете за снагом.
Последњих година, мноштво приватних компанија ускаче у истраживачки круг, због напретка технологије и нашег разумевања ствари попут суперпроводника. Гоогле се недавно удружио са стручњацима за нуклеарну фузију како би развили алгоритам за решавање сложених енергетских проблема, а МИТ је недавно рекао да би нуклеарна фузија могла бити у мрежи за само 15 година.
У новије време научници верују да су можда откључали једну од мистерија нуклеарне фузије гледајући звезде које експлодирају. Тим изГрупа Центра за ласерска експериментална астрофизичка истраживања Универзитета у Мичигену истражила је како топлота игра улогу у начину мешања материјала током супернова - тачка светлости створена када звезда заврши свој живот и експлодира. Ове експлозије одашиљу огромне количине енергије, у неким случајевима више него што ће наше сунце издати током читавог свог живота.
Улога топлоте у таквим фузијским реакцијама у свемиру углавном је занемарена и научници покушавају да опонашају такве реакције на Земљи како би помогли у продора нуклеарне енергије. Мешањем различитих плазми са различитим елементима, укључујући гвожђе, угљеник хелијум и водоник у лабораторијским условима, истраживачи су успели да утврде да флуксови енергије узрокују раст и пад топлоте, што има значајан утицај на то како се елементи мешају са плазме. Ово се није разматрало на овај начин у претходним експериментима и коначно би могло да буде кључ за стварање одрживије нуклеарне фузије на Земљи. Истраживање је објављено у Натуре Цоммуницатионс.
Шта је нуклеарна енергија?
Иако нуклеарна енергија има потенцијал да људима пружи готово неограничену енергију, физика која стоји иза нуклеарне енергије укључује интеракције између неких најситнијих честица које се могу замислити. У средишту сваког атома у свемиру лежи малена колекција протона и неутрона која се назива језгро. Број протона и неутрона у језгру одређује који је елемент атом, а језгро чини већину масе тог атома.
Унутар језгра, протони и неутрони повезани су заједно једном од четири основне силе у физици која се назива јака сила. Као што јој само име говори, јака сила је најјача од све четири, али делује само на малим удаљеностима - попут оних унутар језгра. Остали сугравитациони, електромагнетни и слаби. Овај видео описује разлике и како оне утичу на нас:
Атоми су углавном празан простор. Да је атом величине фудбалског стадиона, језгро би било приближно величине муве у његовој средини. Други део атома су електрони облака који круже око језгра атома, али јака сила се не односи на електроне. Уместо тога, везане су електромагнетним силама, јер имају негативно наелектрисање, док је језгро позитивно наелектрисано.
Уопштено говорећи, нуклеарна физика укључује стварање или разбијање језгра. Обоје су процеси кроз које се губи сићушна маса, а они ослобађају огромне количине енергије.
Зашто је нуклеарна енергија толико важна?
Од педесетих година прошлог века, физичари покушавају да опонашају процес који покреће Сунце контролишући фузију атома водоника у хелијум. Кључ за искоришћавање ове снаге је задржавање ултра врућих куглица водоник гаса званих плазма док се количина енергије која излази из реакција фузије не изједначи са више него што је стављено. Ово је оно што енергетски стручњаци називају беспарицом и, ако може ако се постигне, представљао би технолошки пробој и могао би да обезбеди неограничен и богат извор енергије без угљеника.
Вероватно ће вам бити позната Ајнштајнова најпознатија једначина, Е = мц ^ 2. То наводи да је количина енергије која се ослободи када се изгуби мали делић масе једнака тој маси помноженој са брзином светлости на квадрат. Брзина светлости је прилично огроман број.
Погледајте повезане руске плутајуће нуклеарне електране у Чернобилу управо је испловило Фарадаи Цхалленге: Влада ће уложити 246 милиона фунти да би Велика Британија постала лидер у батеријској технологији Мапа нуклеарних бомби открива колика је вероватноћа да ћете преживети нуклеарни напад Шта је Тридент? Нуклеарно застрашивање у Великој Британији објаснило је катастрофе у Чернобилу и Фукушими: Шта се догађа са зонама нуклеарне искључености када људи оду?
Најмање језгро било ког елемента састоји се од само једног протона који се налази у атомима водоника. Водоник, уз хелијум, литијум и берилијум су најлакши елементи у свемиру, што значи да за њихово стварање није потребно много енергије. Ови светлосни елементи настали су на самом почетку свемира, када је било старо око три минута и довољно хладно да се протони и неутрони могу повезати. То је један од разлога зашто се водонична плазма сматра најбољим извором извлачења нуклеарне енергије на Земљи.
Након ова прва четири елемента, свемир је ударио у зид. Било је потребно више енергије за следећих 88 елемената у периодном систему, како би се превазишли протони који се међусобно одбијају својим позитивним наелектрисањима, и за то би нуклеарна фузија требало да уђе у игру.
Па шта је нуклеарна фузија?
Готово све око нас створено је унутар звезде. Звезде почињу са водоником, који заједно стисну у хелијум. Овај процес се наставља, ослобађајући енергију и загревајући звезду.
Научници и тимови воле ову реакцију, користећи водоник као горивоТАЕ Тецхнологиеспокушавају да опонашају постизање нуклеарне фузијске моћи. Када се језгра деутерија и тритијума - који се могу наћи у водонику - споје, они формирају језгро хелијума, неутрон и пуно енергије.
како пребацити два реда у екцелу
Будући да нуклеарна фузија захтева огромне количине енергије да би реакције започеле, показало се да је тешко копирати поступак на Земљи. Потребни су неизмерни притисак и температуре од око 150 милиона степени да би се атоми спојили у фузионом реактору.
Када звезди величине сунчевог језгра понестане водоника (њен извор горива) она почиње да умире. Умирућа звезда се шири у црвени гигант и почиње да производи атоме угљеника стапањем атома хелијума. Веће звезде могу створити теже елементе, од кисеоника до гвожђа, у даљој серији нуклеарног сагоревања. Све што је теже од гвожђа ствара се у супернови, џиновској експлозији на крају живота масивне звезде.
Како се нуклеарна фузија односи на нуклеарну фисију?
Нуклеарна енергија, какву познајемо на Земљи, користи другачију нуклеарну реакцију, која се назива фисија.
Када елементи почну да се шире, попут уранијума или плутонијума, са више протона и неутрона упакованих унутар језгра, могуће их је разбити на мање елементе ударајући их неутронима. То такође резултира променом масе, ослобађањем огромних количина енергије.
Проблем лежи у такозваним продуктима реакција. Ове супстанце су високо радиоактивне, чине их невероватно опасним и ово је најзначајнији недостатак нуклеарне енергије.
Са радиоактивним отпадом мора се поступати невероватно пажљиво, а најбољи начин на који се тренутно можемо решити је закопавање дубоко под земљу. Али нуклеарне реакторе чини опасним местима, а катастрофе у којима је процурио радиоактивни отпад изазвале су страшне последице, попут катастрофе у Чернобилу 1986. године и Фукушиме.
Које компаније раде на нуклеарној фузији?
СА
Радећи са приватном фирмом Цоммонвеалтх Фусион Системс, истраживачи са МИТ-а недавно су осмислили нову генерацију фузијских експеримената и електрана које користе високотемпературне суперпроводнике. Иако још увек није реализовано, партнерство има за циљ изградњу компактног уређаја названог СПАРЦ.
Једном када су суперпроводљиви електромагнети за СПАРЦ су развијени, очекује се да ће бити у наредне три године, СПАРЦ ће их користити за производњу фузијске снаге од 100 милиона вати или 100 мегавата (МВ). Иако неће претворити ту топлоту у електричну енергију, производиће онолико снаге колико је користи мали град - више него двоструко од оне која се користи за загревање плазме, што на крају ствара позитивну нето енергију из фузије по први пут. Ако успе, ово би могло да помогне у стварању прототипа фузијске електране у целом обиму и да свет постави на пут нуклеарне фузије за само 15 година.
Гоогле
Ово истраживање се надовезује на посао који обављају Гоогле иТАЕ Тецхнологиес, која себе назива највећом приватном фузијском компанијом на свету, и њеном гигантском машином за јонизовану плазму Ц2-У. Гоогле је изградио алгоритам дизајниран да убрза експерименте у физици плазме, а крајњи циљ компаније Три Алпха Енерги, слично ЦФС-у, је изградња прве комерцијалне електране засноване на фузији. Што брже може да заврши експерименте, то брже и јефтиније може да постигне овај циљ и помери свет ка одрживијем, чистијем извору енергије.
ПРОЧИТАЈТЕ ДАЉЕ: Преживљавање нуклеарног напада
Повећана истраживања нуклеарне фузије у приватном сектору одражавају огромну награду - обилни, еколошки одговоран и сигуран нови начин производње електричне енергије, професор Иан Цхапман, извршни директор Управе за атомску енергију Уједињеног Краљевства рекао .
Да би се извели експерименти ове врсте, плазма - изузетно вруће куглице гаса - морају бити затворене током дужих временских периода.ТАЕ Тецхнологиесограничава ове плазме методом тзв пољска обрнута конфигурација за коју се предвиђа да ће постати стабилнија како се енергија повећава, за разлику од других метода код којих је плазму теже контролисати док је загревате.
ТАЕ Тецхнологиес ’Ц-2У доводи ове експерименте до границе колико електричне енергије може да се примени за стварање и задржавање плазме на тако малом простору током тако кратког времена. Оптимизација његових подешавања (машина има више од 1.000 дугмади) и управљање понашањем плазме је сложен проблем и ту долази до Гоогле-овог алгоритма оптометриста.
Као Гооглеов старији софтверски инжењер Тед Балтз објашњава , машина Ц-2У покреће плазму на сваких осам минута и свако покретање укључује стварање две вртеће се плазме у вакууму Ц-2У. Ове мрље се међусобно сломе брзином већом од 600 000 миља на сат да би се створила већа, врелија, окретајућа куглица плазме.
ПРОЧИТАЈТЕ ДАЉЕ: Шта је алгоритам ?
Лопта плазме се затим континуирано удара снопом честица од неутралних атома водоника да би се одржала ротација. Магнетна поља задржавају лопту која се окреће чак 10 милисекунди. Гоогле-ове алгоритам узима све параметре од броја подешавања до квалитета вакуума и стабилности електрона да би људским физичарима представио решења.
Како раде нуклеарне бомбе?
САД су биле прва земља која је развила нуклеарно оружје, а слиједила их је Русија 1949. године. Процјењује се да од 2016. године САД имају око 7 000 нуклеарних бојевих глава, укључујући пензионисано, ускладиштено и распоређено оружје. Каже се да Русија има око 7.300 бојних глава, Француска око 300, а Велика Британија 215. Северна Кореја, која се сматра једном од најзначајнијих нуклеарних претњи модерног доба, има непознат број уређаја, иако се према проценама тај број креће око 10 .
Сво нуклеарно оружје користи фисију за стварање својих разорних експлозија. Рано оружје, укључујући Дечака баченог на Хирошиму током Другог светског рата, створило је критичну масу потребну за покретање ланчане фисионе реакцијеиспаљивање шупљег цилиндра уранијум-235 на мету направљену од истог материјала.
ОПШИРНИЈЕ: Шта је водонична бомба?
Ова техника је напредовала последњих година и у модерном оружју критична маса зависи од густине материјала. Ово оружје детонира хемијски експлозив око такозване јаме метала уранијум-235 или плутонијум-239. Ови изотопи су најчешћи елементи који могу проћи кроз фисију. Уранијум и плутонијум се природно налазе у минералним наслагама, мада у малим количинама (мање од 1% у случају уранијума и још мање за плутонијум), што значи да их треба производити. Ово је скуп и дуготрајан процес и главна је препрека за слободнију изградњу нуклеарних бомби.
ПРОЧИТАЈТЕ ДАЉЕ: Која је разлика између водоничне бомбе и атомске бомбе?
како променити маргине у документима
У модерним нуклеарним експлозијама, експлозија дува према унутра, форсирајући атоме у јами. Једном када се постигне критична маса, неутрони се користе за стварање ланчане фисионе реакције која, пак, ствара атомску експлозију. Термонуклеарно фузијско оружје користи енергију експлозије фисије да би заједно форсирало изотопе водоника стварајући ватрену куглу која се приближава температурама врућим попут сунца.
