A globális nukleáris fenyegetés az elmúlt hónapokban felerősödött, miután azt állították, hogy Észak-Korea atomfegyvereket épít, és Donald Trump elnök fenyegetését az ország veszélyes vezetője ellen. A fokozódó feszültségek miatt a Doomsday Clock is közelebb került az éjfélhez.
A nukleáris energia azonban annak ellenére, hogy képes elpusztítani a világot, és fenyegeti a létünket, képes megoldani a bolygó sürgető energiaigényét.
Az elmúlt években számos magánvállalat ugrott be a kutatási sávba, a technológia fejlődésének és a szupravezetőkhöz hasonló megértésünknek köszönhetően. A Google nemrég összefogott a magfúziós szakértőkkel, hogy kidolgozzon egy algoritmust a komplex energiaproblémák megoldására, az MIT pedig nemrégiben azt közölte, hogy a magfúzió mindössze 15 év múlva a hálózatra kerülhet.
Újabban a tudósok úgy vélik, hogy felrobbanó csillagokra tekintve feloldhatták a magfúzió egyik rejtélyét. A csapat, aA Michigani Egyetem Lézeres Kísérleti Asztrofizikai Kutatóközpontjának csoportja megvizsgálta, hogy a hő hogyan játszik szerepet abban, ahogy az anyagok keverednek a szupernóvák során - ez a fénypont akkor keletkezik, amikor egy csillag elérte élete végét és felrobban. Ezek a robbanások hatalmas mennyiségű energiát bocsátanak ki, bizonyos esetekben többet, mint amennyit saját napunk ad ki egész élete során.
A hő ilyen fúziós reakciókban betöltött szerepét az űrben nagyrészt figyelmen kívül hagyták, és a tudósok megpróbálták utánozni az ilyen reakciókat a Földön, hogy elősegítsék az atomenergia áttöréseit. Különböző plazmák keverésével különböző elemekkel, beleértve a vasat, a szénhéliumot és a hidrogént laboratóriumi körülmények között, a kutatók képesek voltak megállapítani, hogy az energiaáramlás miatt a hő emelkedik és csökken, ami jelentős hatással van arra, hogy az elemek miként keverednek a plazmák. Ezt a korábbi kísérletek során nem vették figyelembe, és ez végre kulcsot jelenthet a magfúzió fenntarthatóbbá tételéhez a Földön. A kutatást a Nature Communications.
Mi az atomenergia?
Míg az atomenergia képes szinte korlátlan energiát biztosítani az emberek számára, az atomenergia fizikája magában foglalja az elképzelhető legkisebb részecskék közötti kölcsönhatásokat. Az univerzum minden atomjának középpontjában egy apró proton- és neutrongyűjtemény található, amelyet magnak nevezünk. A magban lévő protonok és neutronok száma meghatározza, hogy melyik elem az atom, és a mag alkotja az atom tömegének többségét.
A mag belsejében a protonokat és a neutronokat összeköti a fizika négy erős ereje, az úgynevezett erős erő. Ahogy a neve is mutatja, az erős erő mind a négy közül a legerősebb, de csak kis távolságokban működik - mint például a mag belsejében. A többiekgravitációs, elektromágneses és gyenge. Ez a videó leírja a különbségeket és azok hatását ránk:
Az atomok főleg üres helyek. Ha egy atom akkora lenne, mint egy futballstadion, akkor a mag nagyjából akkora lenne, mint egy légy a közepén. Az atom másik része az atommag körül keringő felhőelektronok, de az erős erő nem vonatkozik az elektronokra. Ehelyett elektromágneses erők kötik őket, mivel negatív töltésük van, míg a mag pozitív töltésű.
Általánosságban elmondható, hogy a magfizika mag létrehozásával vagy törésével jár. Mindkettő olyan folyamat, amelyen keresztül apró tömeg veszít el, és ezek hatalmas mennyiségű energiát szabadítanak fel.
Miért olyan fontos az atomenergia?
Az 1950-es évek óta a fizikusok a hidrogénatomok héliummá történő fúziójának szabályozásával próbálják utánozni a Napot működtető folyamatot. Ennek az erőnek a kihasználása a legfontosabb, hogy a hidrogéngáz gömböcskéit, az úgynevezett plazmákat, korlátozzuk, amíg a fúziós reakciókból kilépő energia mennyisége nem lesz több, mint amennyit beleadtak. Ezt az energiaszakértők nevezik megtakarítási tényezőnek, és ha ez lehetséges technológiai áttörést jelentene, és korlátlan és bőséges forrást nyújthatna a nulla szén-dioxid-kibocsátású energia számára.
Valószínűleg tisztában lesz Einstein leghíresebb egyenletével, E = mc ^ 2. Ez azt állítja, hogy egy apró tömeg elvesztése esetén felszabaduló energia mennyisége megegyezik a tömeg szorzatával a négyzet fénysebességével. A fénysebesség elég hatalmas szám.
Lásd a kapcsolódó orosz úszó csernobili atomerőművet éppen a Faraday Challenge: A kormány 246 millió fontot fektet abba, hogy az Egyesült Királyság vezetővé váljon az akkumulátorok terén Az atombomba térkép megmutatja, mennyire valószínű, hogy túlél egy nukleáris támadást Mi a Trident? Az Egyesült Királyság nukleáris elrettentő hatása magyarázta Csernobil és Fukusima katasztrófáit: Mi történik a nukleáris kizárási zónákkal, amikor az emberek elmennek?
Bármely elem legkisebb magja csak egy protonból áll, amely a hidrogénatomokban található. A hidrogén, a hélium, a lítium és a berillium mellett a világegyetem legkönnyebb elemei, vagyis nem sok energia szükséges a kialakulásához. Ezek a fényelemek a világegyetem legelején alakultak ki, amikor körülbelül három percig voltak elég idősek és elég hidegek ahhoz, hogy a protonok és a neutronok összekapcsolódjanak. Ez az egyik oka annak, hogy a hidrogén-plazmákat tekintik a nukleáris energia kinyerésének legjobb forrásának a Földön.
Az első négy elem után az univerzum falnak ütközött. Több energiára volt szükség a periódusos rendszer következő 88 eleméhez ahhoz, hogy legyőzzük az egymást pozitív töltéseikkel taszító protonokat, és ehhez a magfúziónak szerepet kell játszania.
Mi tehát a magfúzió?
Szinte minden körülöttünk egy csillag belsejében jött létre. A csillagok hidrogénnel indulnak, amelyet összenyomva hélium képződik. Ez a folyamat folytatódik, energiát szabadít fel és felmelegíti a csillagot.
Ez a reakció, amely hidrogént használ üzemanyagként, a tudósok és a csapatok hasonlóak ehhezTAE Technologiesmegpróbálják utánozni a magfúziós erő elérését. Amikor a deutérium és a trícium magok - amelyek megtalálhatók a hidrogénben - összeolvadnak, hélium magot, neutront és sok energiát képeznek.
mi a leghosszabb sorozat a snapchat-en
Mivel a magfúzió hatalmas energiát igényel a reakciók elindításához, a folyamat nehéznek bizonyult a Földön. Óriási nyomás és körülbelül 150 millió fokos hőmérséklet szükséges ahhoz, hogy atomok egyesüljenek egy fúziós reaktorban.
Amikor a napmagunk nagyságú csillagból kifogy a hidrogén (az üzemanyag-forrása), az elkezd meghalni. A haldokló csillag vörös óriássá tágul, és a hélium atomok összeolvasztásával szénatomokat kezd termelni. A nagyobb csillagok nehezebb elemeket hozhatnak létre, az oxigéntől a vasig a nukleáris égés további sorozatában. Minden, ami a vasnál nehezebb, egy szupernóvában jön létre, az óriási robbanás egy hatalmas csillag élete végén.
Hogyan viszonyul a magfúzió a maghasadáshoz?
Az atomenergia, amint azt a Földön ismerjük, más nukleáris reakciót használ, az úgynevezett hasadást.
Amikor az elemek tágulni kezdenek, mint az urán vagy a plutónium, és több proton és neutron van a mag belsejébe csomagolva, lehetséges, hogy neutronokkal elütve kisebb elemekre bontsák őket. Ez tömegváltozást is eredményez, hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel.
A probléma a reakciók úgynevezett utótermékeiben rejlik. Ezek az anyagok rendkívül radioaktívak, hihetetlenül veszélyesek, és ez az atomenergia legfontosabb hátránya.
A radioaktív hulladékot hihetetlenül körültekintően kell kezelni, és jelenleg a legjobb módja annak, hogy megszabaduljunk tőle, mélyen a föld alá temetjük. De az atomreaktorokat veszélyes helyekké teszi, és olyan katasztrófák, amelyekben radioaktív hulladék szivárgott ki, súlyos következményeket okoztak, például az 1986-os csernobili katasztrófa és a fukusimai katasztrófa.
Mely vállalatok dolgoznak a magfúzióval?
VAL VEL
A Commonwealth Fusion Systems magánvállalattal együttműködve az MIT kutatói nemrég új fúziós kísérletek és erőművek generációját dolgozták ki magas hőmérsékletű szupravezetőkkel. Bár még nem valósult meg, a partnerség célja egy SPARC nevű kompakt eszköz megépítése.
Miután a szupravezető elektromágnesek a SPARC a SPARC ezeket felhasználva 100 millió watt vagy 100 megawatt (MW) fúziós energiát állít elő. Bár ez a hő nem válik villamos energiává, annyi energiát fog termelni, mint amennyit egy kisváros használ - több mint kétszer akkora, mint amit a plazma melegítésére használnak, és végül a fúzióból származó első pozitív energiát hozza létre. Sikere esetén ez elősegítheti a fúziós erőmű teljes körű prototípusának elkészítését, és mindössze 15 év alatt a világot az atomfúzió útjára terelheti.
Ez a kutatás a Google és aTAE Technologies, amely önmagát a világ legnagyobb magfúziós vállalatának nevezi, és óriási ionizált plazmagépe, a C2-U. A Google algoritmust épített a plazmafizikai kísérletek felgyorsítására, és a Tri Alpha Energy végső célja a CFS-hez hasonlóan az első fúziós alapú kereskedelmi erőmű megépítése. Minél gyorsabban tudja befejezni a kísérleteket, annál gyorsabban és olcsóbban tudja elérni ezt a célt, és egy fenntarthatóbb, tiszta energiaforrás felé tereli a világot.
OLVASSA TOVÁBB: Nukleáris támadás túlélése
A magfúzióval kapcsolatos fokozott magánszféra-kutatás tükrözi a hatalmas nyereményt - a villamosenergia-termelés bőséges, környezettudatos és biztonságos új módját - mondta Ian Chapman professzor, az Egyesült Királyság Atomenergia-hatóságának vezérigazgatója mondott .
Az ilyen jellegű kísérletek elvégzéséhez a plazmát - az ultra forró gázgolyókat - hosszú ideig el kell zárni.TAE Technologiesnevű módszerrel korlátozza ezeket a plazmákat mezővel megfordított konfiguráció amely az előrejelzések szerint az energia növekedésével stabilabbá válik, ellentétben más módszerekkel, ahol a plazmákat nehezebb ellenőrizni, miközben melegítjük őket.
TAE Technologies ”A C-2U ezeket a kísérleteket arra a határra szorítja, hogy mekkora elektromos energiát lehet alkalmazni a plazma ilyen kis térben történő előállítására és bezárására ilyen rövid idő alatt. Beállításainak optimalizálása (a gépnek több mint 1000 gombja van) és a plazma viselkedésének kezelése összetett probléma, és itt jön be a Google Optometrist algoritmusa.
A Google vezető munkatársa, Ted Baltz szoftvermérnök magyarázza , a C-2U gép nyolc percenként futtat plazmafelvételt, és minden egyes futtatás során két forgó plazma foltot kell létrehozni a C-2U vákuumában. Ezeket a foltokat óránként több mint 600 000 mérföld sebességgel összetörik, így létrehozva egy nagyobb, forróbb, forgó plazma gömböt.
OLVASSA TOVÁBB: Mi az algoritmus ?
A plazma gömbjét ezután folyamatosan ütközik semleges hidrogénatomokból készült részecskesugarakkal, hogy folyamatosan forogjon. A mágneses mezők 10 milliszekundumig tartják a forgó gömböt. Google algoritmus az összes paramétert figyelembe veszi a beállítások számától a vákuum minőségéig és az elektronok stabilitásáig, hogy megoldásokat mutasson az emberi fizikusoknak.
Hogyan működnek az atombombák?
Az Egyesült Államok volt az első, amely atomfegyvereket fejlesztett ki, majd 1949-ben Oroszország követte. 2016-ra becsülik, hogy az Egyesült Államokban körülbelül 7000 nukleáris robbanófej van, köztük nyugdíjas, tárolt és bevetett fegyverek. Oroszországnak állítólag 7300 robbanófej van, Franciaországnak körülbelül 300, az Egyesült Királyságnak pedig 215. Észak-Korea, amelyet a modern idők egyik legjelentősebb nukleáris fenyegetésének tekintenek, ismeretlen számú eszközzel rendelkezik, bár a becslések szerint a szám 10 körüli .
Minden nukleáris fegyver hasadással hozza létre pusztító robbanásait. A korai fegyverek, köztük a Hirosimára a második világháború alatt ledobott kisfiú, létrehozták azt a kritikus tömeget, amely a hasadási láncreakció elindításához szükséges.üreges urán-235 hengerrel lőve az azonos anyagból készült célpontot.
OLVASS TOVÁBB: Mi az a hidrogénbomba?
Ez a technika fejlődött az elmúlt években, és a modern fegyvereknél a kritikus tömeg az anyag sűrűségétől függ. Ezek a fegyverek vegyi robbanóanyagokat robbantanak fel az úgynevezett urán-235 vagy plutónium-239 fémgödör körül. Ezek az izotópok a leggyakoribb elemek, amelyek képesek átmenni a hasadáson. Az urán és a plutónium természetesen megtalálható az ásványi lerakódásokban, bár apró mennyiségben (kevesebb mint 1% az urán esetében és még kevesebb plutónium esetében), ami azt jelenti, hogy elő kell állítani őket. Ez költséges és időigényes folyamat, és ez jelenti a fő akadályt az atombomba szabadabb építésében.
OLVASSA TOVÁBB: Mi a különbség a hidrogénbomba és az atombomba között?
a wii távirányítóm nem fog szinkronizálni
A modern nukleáris robbanásokban a robbanás befelé fúj, és a gödör atomjait egymásra kényszeríti. A kritikus tömeg elérése után neutronokat használnak hasadási láncreakció létrehozására, amely viszont atomrobbantást idéz elő. A termonukleáris fúziós fegyverek a hasadási robbanásból származó energiát felhasználva hidrogén izotópokat kényszerítenek egymásra, és olyan tűzgömböt hoznak létre, amely megközelíti a forró hőmérsékletet, mint a nap.
