Inovatīvi projekti, kuros izmanto modernus supravadītājus, drīzumā ļaus kontrolēt kodolsintēzi, saka daži optimisti. Tomēr eksperti prognozē, ka praktiskā pielietošana prasīs vairākas desmitgades.
Kāpēc tas ir tik grūti?
Kodolsintēzes enerģija tiek uzskatīta par potenciālu nākotnes enerģijas avotu. Tā ir atoma tīrā enerģija. Bet kas tas ir un kāpēc to ir tik grūti sasniegt? Vispirms mums ir jāsaprot atšķirība starp klasisko kodola skaldīšanu un kodolsintēzi.
Atomu skaldīšana notiek tad, kad radioaktīvie izotopi - urāns vai plutonijs - sadalās un pārvēršas citos ļoti radioaktīvos izotopos, kas pēc tam ir jāaprok vai jāpārstrādā.
Kodolsintēzes reakcija sastāv no tā, ka divi ūdeņraža izotopi - deitērijs un tritijs - saplūst vienā veselumā, veidojot netoksisku hēliju un vienu neitronu, neradot radioaktīvos atkritumus.
Kontroles problēma
Reaģē uz tonotiek Saulē vai ūdeņraža bumbā - tā ir kodolsintēze, un inženieri saskaras ar biedējošu uzdevumu - kā kontrolēt šo procesu spēkstacijā?
Pie tā zinātnieki ir strādājuši kopš 1960. gadiem. Vācijas ziemeļu pilsētā Greifsvaldē darbu sācis vēl viens eksperimentālais kodolsintēzes reaktors ar nosaukumu Wendelstein 7-X. Tas vēl nav paredzēts reakcijas radīšanai - tas ir tikai īpašs dizains, kas tiek testēts (stellators tokamaka vietā).
Augstas enerģijas plazma
Visām kodoltermiskām iekārtām ir kopīga iezīme – gredzenveida forma. Tā pamatā ir ideja izmantot spēcīgus elektromagnētus, lai izveidotu spēcīgu elektromagnētisko lauku, kas veidots kā tors - piepūsta velosipēda caurule.
Šim elektromagnētiskajam laukam ir jābūt tik blīvam, lai, to uzkarsējot mikroviļņu krāsnī līdz vienam miljonam grādu pēc Celsija, pašā gredzena centrā jāparādās plazmai. Pēc tam to aizdedzina, lai varētu sākties saplūšana.
Iespēju demonstrēšana
Eiropā pašlaik notiek divi šādi eksperimenti. Viens no tiem ir Wendelstein 7-X, kas nesen radīja savu pirmo hēlija plazmu. Otrs ir ITER - milzīga eksperimentāla kodolsintēzes iekārta Francijas dienvidos, kas joprojām tiek būvēta un būs gatava ekspluatācijai 2023. gadā.
Tiek pieņemts, ka reālas kodolreakcijas notiks ITER, tomēr tikai plkstuz īsu laiku un noteikti ne ilgāk par 60 minūtēm. Šis reaktors ir tikai viens no daudzajiem soļiem, lai kodolsintēze kļūtu par realitāti.
Kodolsintēzes reaktors: mazāks un jaudīgāks
Nesen vairāki dizaineri ir paziņojuši par jaunu reaktora dizainu. Kā norāda Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta studentu grupa, kā arī ieroču kompānijas Lockheed Martin pārstāvji, kodolsintēzi var veikt objektos, kas ir daudz jaudīgāki un mazāki par ITER, un viņi ir gatavi to paveikt desmit laikā. gadi.
Jaunā dizaina ideja ir elektromagnētos izmantot modernus augstas temperatūras supravadītājus, kas uzrāda savas īpašības, dzesējot ar šķidro slāpekli, nevis parastos, kam nepieciešams šķidrais hēlijs. Jauna, elastīgāka tehnoloģija ļaus pilnībā pārveidot reaktoru.
Klauss Hešs, kurš ir atbildīgs par kodolsintēzes tehnoloģiju Karlsrūes Tehnoloģiju institūtā Vācijas dienvidrietumos, ir skeptisks. Tas atbalsta jaunu augstas temperatūras supravadītāju izmantošanu jaunām reaktoru konstrukcijām. Taču, pēc viņa teiktā, ar kaut ko izstrādāt datorā, ņemot vērā fizikas likumus, ir par maz. Ir jāņem vērā izaicinājumi, kas rodas, īstenojot ideju praksē.
Sci-fi
Pēc Heša domām, MIT studentu modelis parāda tikai projekta iespējamību. Bet patiesībā tas ir daudz zinātniskās fantastikas. Projektsliecina, ka kodolsintēzes nopietnās tehniskās problēmas ir atrisinātas. Taču mūsdienu zinātnei nav ne jausmas, kā tās atrisināt.
Viena no šādām problēmām ir ideja par saliekamām spolēm. Elektromagnētus var demontēt, lai iekļūtu gredzenā, kas satur plazmu MIT dizaina modelī.
Tas būtu ļoti noderīgi, jo varētu piekļūt iekšējās sistēmas objektiem un tos aizstāt. Bet patiesībā supravadītāji ir izgatavoti no keramikas materiāla. Simtiem no tiem ir jāsavieno sarežģītā veidā, lai izveidotu pareizo magnētisko lauku. Un šeit ir daudz būtiskākas grūtības: savienojumi starp tiem nav tik vienkārši kā vara kabeļu savienojumi. Neviens vēl nav pat domājis par koncepcijām, kas palīdzētu atrisināt šādas problēmas.
Pārāk karsts
Problēma ir arī augsta temperatūra. Kodolsintēzes plazmas kodolā temperatūra sasniegs aptuveni 150 miljonus grādu pēc Celsija. Šis ārkārtējais karstums paliek vietā - tieši jonizētās gāzes centrā. Bet pat ap to joprojām ir ļoti karsts - no 500 līdz 700 grādiem reaktora zonā, kas ir metāla caurules iekšējais slānis, kurā "reproducēs" kodolsintēzes norisei nepieciešamais tritijs
Kodolsintēzes reaktoram ir vēl lielāka problēma - tā sauktā jaudas atbrīvošana. Šī ir tā sistēmas daļa, kas no kodolsintēzes procesa saņem izmantoto degvielu, galvenokārt hēliju. Pirmkārtmetāla detaļas, kurās ieplūst karstā gāze, sauc par "divertoriem". Tas var uzkarst līdz vairāk nekā 2000°C.
Divertorproblēma
Lai iekārta izturētu šo temperatūru, inženieri cenšas izmantot metāla volframu, ko izmanto vecmodīgās kvēlspuldzēs. Volframa kušanas temperatūra ir aptuveni 3000 grādi. Taču ir arī citi ierobežojumi.
ITER to var izdarīt, jo sildīšana tajā nenotiek pastāvīgi. Tiek pieņemts, ka reaktors darbosies tikai 1-3% laika. Bet tas nav risinājums spēkstacijai, kurai jādarbojas 24 stundas diennaktī. Un, ja kāds apgalvo, ka var uzbūvēt mazāku reaktoru ar tādu pašu jaudu kā ITER, var droši teikt, ka viņam nav risinājuma novirzītāja problēmai.
Elektroelektrostacija pēc dažām desmitgadēm
Tomēr zinātnieki ir optimistiski noskaņoti uz termokodolreaktoru attīstību, tomēr tā nebūs tik ātra, kā prognozē daži entuziasti.
ITER jāparāda, ka kontrolētā kodolsintēze faktiski var radīt vairāk enerģijas, nekā tiktu iztērēts plazmas sildīšanai. Nākamais solis ir uzbūvēt pilnīgi jaunu hibrīda demonstrācijas spēkstaciju, kas faktiski ražo elektroenerģiju.
Inženieri jau strādā pie tā dizaina. Viņiem būs jāmācās no ITER, kuru plānots palaist 2023. gadā. Ņemot vērā projektēšanai, plānošanai un būvniecībai nepieciešamo laiku, šķiet,maz ticams, ka pirmā kodolsintēzes spēkstacija tiks uzsākta daudz agrāk nekā 21. gadsimta vidū.
Rossi Cold Fusion
2014. gadā neatkarīgā E-Cat reaktora pārbaudē tika secināts, ka ierīce 32 dienu periodā ražoja vidēji 2800 vatu jaudu ar 900 vatu patēriņu. Tas ir vairāk nekā jebkura ķīmiska reakcija, ko spēj izolēt. Rezultāts runā vai nu par izrāvienu kodolsintēzes jomā, vai par tiešu krāpšanu. Ziņojums lika vilties skeptiķiem, kuri šaubās, vai tests bija patiešām neatkarīgs, un liecina par iespējamu testa rezultātu viltošanu. Citi ir bijuši aizņemti, izdomājot "slepenās sastāvdaļas", kas ļauj Rossi kodolsintēzei atkārtot tehnoloģiju.
Rossi ir krāpnieks?
Andrea ir iespaidīga. Viņš publicē proklamācijas pasaulei unikālā angļu valodā savas tīmekļa vietnes komentāru sadaļā, ko pretenciozi sauc par Nuclear Physics žurnālu. Taču viņa iepriekšējie neveiksmīgie mēģinājumi ietvēra Itālijas atkritumu-degvielas projektu un termoelektrisko ģeneratoru. Projekts "Petroldragon", kas ir atkritumu pārstrādes enerģija, daļēji izgāzās, jo nelegālo atkritumu izgāšanu kontrolē Itālijas organizētā noziedzība, kas pret to ir izvirzījusi kriminālapsūdzību par atkritumu apsaimniekošanas noteikumu pārkāpšanu. Viņš arī izveidoja termoelektrisku ierīci ASV armijas inženieru korpusam, taču testēšanas laikā sīkrīks radīja tikai daļu no deklarētās jaudas.
Daudzi neuzticas Rosi, un New Energy Times galvenais redaktors viņu rupji nosauca par noziedznieku, kuram aiz muguras ir virkne neveiksmīgu enerģētikas projektu.
Neatkarīga pārbaude
Rossi parakstīja līgumu ar amerikāņu uzņēmumu Industrial Heat, lai veiktu gadu ilgu 1 MW aukstās kodolsintēzes stacijas slepenu pārbaudi. Ierīce bija pārvadāšanas konteiners, kas bija iesaiņots ar desmitiem E-Cat. Eksperiments bija jākontrolē trešajai pusei, kas varēja apstiprināt, ka siltuma ražošana patiešām notiek. Rossi apgalvo, ka lielāko daļu pagājušā gada pavadījis, praktiski dzīvojot konteinerā un pārraugot darbības vairāk nekā 16 stundas dienā, lai pierādītu E-Cat komerciālo dzīvotspēju.
Pārbaude beidzās martā. Rosi atbalstītāji ar nepacietību gaidīja novērotāju ziņojumu, cerot uz sava varoņa attaisnošanu. Bet galu galā viņi saņēma prasību.
Tiesvedība
Floridas tiesā Rossi apgalvo, ka pārbaude bija veiksmīga, un neatkarīgs šķīrējtiesnesis apstiprināja, ka E-Cat reaktors saražo sešas reizes vairāk enerģijas nekā patērē. Viņš arī apgalvoja, ka Industrial Heat bija piekritusi samaksāt viņam 100 miljonus ASV dolāru - 11,5 miljonus ASV dolāru avansā pēc 24 stundu izmēģinājuma (šķietami par licencēšanas tiesībām, lai uzņēmums varētu pārdot tehnoloģiju ASV) un vēl 89 miljonus ASV dolāru pēc veiksmīgas pagarinātās izmēģinājuma pabeigšanas. izmēģinājums. 350 dienu laikā. Rosi apsūdzēja IH "krāpnieciskas shēmas" vadīšanākura mērķis bija nozagt viņa intelektuālo īpašumu. Viņš arī apsūdzēja uzņēmumu E-Cat reaktoru piesavināšanā, inovatīvu tehnoloģiju un produktu, funkcionalitātes un dizaina nelikumīgā kopēšanā un viņa intelektuālā īpašuma patenta ļaunprātīgā izmantošanā.
Zelta raktuves
Citur Rossi apgalvo, ka vienā no savām demonstrācijām IH saņēma 50–60 miljonus dolāru no investoriem un vēl 200 miljonus dolāru no Ķīnas pēc atkārtojuma, kurā bija iesaistītas augstākās Ķīnas amatpersonas. Ja tā ir taisnība, tad uz spēles ir likts daudz vairāk nekā simts miljonu dolāru. Industrial Heat ir noraidījis šos apgalvojumus kā nepamatotus un gatavojas aktīvi aizstāvēties. Vēl svarīgāk ir tas, ka viņa apgalvo, ka viņa "strādāja vairāk nekā trīs gadus, lai apstiprinātu rezultātus, ko Rossi, iespējams, sasniedza ar savu E-Cat tehnoloģiju, bet neveiksmīgi."
IH netic E-Cat, un New Energy Times neredz iemeslu par to šaubīties. 2011. gada jūnijā izdevuma pārstāvis viesojās Itālijā, intervēja Rosi un nofilmēja viņa E-Cat demonstrāciju. Dienu vēlāk viņš ziņoja par savām nopietnajām bažām par siltuma jaudas mērīšanas metodi. Pēc 6 dienām žurnālists ievietoja savu video vietnē YouTube. Eksperti no visas pasaules viņam nosūtīja analīzes, kas tika publicētas jūlijā. Kļuva skaidrs, ka tā ir mānīšana.
Eksperimentāls apstiprinājums
Tomēr vairāki pētnieki – Aleksandrs Parkhomovs no Krievijas Tautu draudzības universitātes un Mārtiņa Fleishmana piemiņas projekta (MFPM) –izdevās reproducēt Krievijas auksto kodolsintēzi. MFPM ziņojuma nosaukums bija "Oglekļa ēras beigas ir tuvu". Šādas apbrīnas iemesls bija gamma starojuma uzliesmojuma atklāšana, ko nevar izskaidrot citādi kā vien ar kodoltermisko reakciju. Pēc pētnieku domām, Rosi ir tieši tas, ko viņš saka.
Dzīvotspējīga atklāta aukstās kodolsintēzes recepte varētu izraisīt enerģijas zelta drudzi. Var atrast alternatīvas metodes, kā apiet Rosi patentus un neļaut viņam iesaistīties vairāku miljardu dolāru vērtajā enerģijas biznesā.
Tātad, iespējams, Rosi vēlētos izvairīties no šī apstiprinājuma.
