Η ισχύς των αντιδραστήρων μπορεί να διπλασιαστεί (μετά από τροποποίηση θεμελιώδους νόμου)

Εγώ [VIDÉO] Μπορεί επίσης να σας αρέσει αυτό το Περιεχόμενο Partner (Μετά τη διαφήμιση)

Η πυρηνική σύντηξη είναι μια από τις πιο υποσχόμενες πηγές ενέργειας του αύριο, ειδικά στο πλαίσιο της κλιματικής κρίσης. Οι φυσικοί από το EPFL (इcole Polytechnique Fédérale de Lausanne), στο πλαίσιο μιας τεράστιας ευρωπαϊκής συνεργασίας, αναθεώρησαν πρόσφατα έναν από τους θεμελιώδεις νόμους της πυρηνικής σύντηξης, γνωστό ως “όριο Γκρένβαλντ”. Για τρεις δεκαετίες, αυτός ο νόμος ήταν η βάση της έρευνας για το πλάσμα και τη σύντηξη, που διέπει ακόμη και το σχεδιασμό μεγάλων έργων όπως το ITER (Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας). Η ομάδα των φυσικών ανακάλυψε ότι είναι δυνατό να διπλασιαστεί η ποσότητα του υδρογόνου που εγχέεται σε έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα, παράγοντας διπλάσια ποσότητα ενέργειας. Η ανακάλυψη επαναπροσδιορίζει έτσι την έκταση της σύντηξης, όταν ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι πρώτος αντιδραστήρας Για βιομηχανική χρήση μόνο το 2040-2050 θα είναι ευεργετικό.

σύντηξη ατόμων Περιλαμβάνει το συνδυασμό δύο ατομικών πυρήνων σε έναν, απελευθερώνοντας μια σημαντική ποσότητα ενέργειας. Αυτή είναι η διαδικασία που λειτουργεί μέσα στον Ήλιο. Έτσι η θερμότητα προέρχεται από τη σύντηξη των πυρήνων του υδρογόνου σε άτομα ηλίου, τα οποία είναι βαρύτερα.

Στη Γαλλία, στο διαμέρισμα Bouches-du-Rhône, 35 χώρες συμμετέχουν στην κατασκευή του μεγαλύτερου tokamak που σχεδιάστηκε ποτέ ως μέρος του έργου ITER. Το tokamak είναι μια πειραματική μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να αξιοποιεί την ενέργεια της σύντηξης. Στο περίβλημα ενός tokamak, η ενέργεια που παράγεται από τη σύντηξη των ατομικών πυρήνων, με τη μορφή θερμότητας, απορροφάται από τα τοιχώματα του θαλάμου κενού. Όπως οι συμβατικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης θα χρησιμοποιήσει αυτή τη θερμότητα για να παράγει ατμό και στη συνέχεια ηλεκτρική ενέργεια μέσω στροβίλων και γεννητριών.

Το ITER στοχεύει να αποδείξει ότι η σύντηξη – η “ενέργεια των αστεριών” – μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μια μεγάλης κλίμακας πηγή ενέργειας χωρίς CO2 για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο πρωταρχικός σκοπός του είναι να παράγει πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας που παρέχει το ιδανικό περιβάλλον για σύντηξη και παραγωγή ενέργειας. Τα αποτελέσματα του Επιστημονικού Προγράμματος ITER θα είναι ζωτικής σημασίας για να ανοίξει ο δρόμος για τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια του αύριο.

READ  [Super Plan] Τελευταία συνδρομή 6 μηνών για το παιχνίδι Xbox 25 €! | Xbox One

Ως μέρος της συνεχούς βελτίωσης αυτών των αντιδραστήρων, οι φυσικοί του EPLF αποκάλυψαν ότι με απόλυτη ασφάλεια, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερες ποσότητες υδρογόνου και έτσι να ληφθεί περισσότερη ενέργεια. Αυτή η τροποποίηση του ορίου Greenwald θα τεθεί σε εφαρμογή για δοκιμή ενώ ο αντιδραστήρας ITER είναι σε λειτουργία. Η νέα εξίσωση, που ενημερώνει αυτό το όριο, δημοσιεύεται στο περιοδικό χαρτί φυσικής ανασκόπησης,

Ένα νέο σύνορο για τους tokamaks, μελλοντικούς παραγωγούς καθαρής ενέργειας

Οι επιστήμονες εργάζονται για περισσότερα από 50 χρόνια για να επιτύχουν μια βιώσιμη ελεγχόμενη σύντηξη. Σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, η οποία παράγει ενέργεια με τη διάσπαση πολύ μεγάλων ατομικών πυρήνων, η πυρηνική σύντηξη μπορεί να δημιουργήσει πολλή ενέργεια συνδέοντας πολύ μικρούς πυρήνες μεταξύ τους. Επιπλέον, η διαδικασία σύντηξης παράγει πολύ λιγότερα (σχεδόν όχι) ραδιενεργά απόβλητα από τη σχάση και πλούσια σε υδρογόνο νετρόνιοΧρησιμοποιείται ως καύσιμο, είναι σχετικά εύκολο να το αποκτήσετε.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η πυρηνική αντίδραση εδώ είναι παρόμοια με την πυρηνική αντίδραση που λαμβάνει χώρα στον Ήλιο χρησιμοποιώντας άτομα υδρογόνου. Ωστόσο, στη Γη, η πίεση που ασκείται στην καρδιά ενός άστρου δεν είναι αναπαραγώγιμη. Αυτή η πίεση χρειάζεται για να μετατραπεί το υδρογόνο σε πλάσμα – το μέσο στο οποίο τα άτομα υδρογόνου μπορούν να συγχωνευτούν και να παράγουν ενέργεια. Επομένως είναι απαραίτητο να φέρουμε τα αέρια σε θερμοκρασία 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου, δηλαδή περίπου 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Ως αποτέλεσμα, στην καρδιά ενός τοκαμάκ που σχηματίζεται από έναν θάλαμο κενού σε σχήμα δακτυλίου, υπό την επίδραση ακραίων θερμοκρασιών και πιέσεων, το αέριο υδρογόνο μετατρέπεται σε πλάσμα. Στο περίβλημα, η ενέργεια που παράγεται από τη σύντηξη των ατομικών πυρήνων απορροφάται ως θερμότητα από τα τοιχώματα του θαλάμου κενού. Πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό και τον έλεγχο του πλάσματος.

READ  Το τηλεσκόπιο Spatial James-Webb είναι ο προορισμός άφιξης, 1,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα de la Terre
Απλοποιημένο τμήμα του αντιδραστήρα με θάλαμο κενού σε σχήμα δακτυλίου. © US ITER

Πολλά έργα ενέργειας σύντηξης είναι πλέον . βρίσκονται σε προχωρημένο στάδιο, Ωστόσο, το ITER δεν σχεδιάστηκε αρχικά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά για τη δοκιμή των ορίων παραγωγής και τον καθορισμό των ακριβών συνθηκών για τη διεξαγωγή τέτοιων αντιδράσεων σύντηξης. Ωστόσο, τα tokamaks που βασίζονται στο ITER, που ονομάζονται demo reactor, σχεδιάζονται και θα μπορούσαν να λειτουργήσουν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2050.

Ο Paolo Ricci του Swiss Plasma Center (EPFL) εξηγεί Απεσταλμένα , Προκειμένου η σύντηξη να σχηματίσει πλάσμα, πρέπει να ληφθούν υπόψη τρία στοιχεία: υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πυκνότητα υδρογόνου και καλός περιορισμός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα από τα όρια παραγωγής πλάσματος σε ένα tokamak είναι η ποσότητα υδρογόνου που μπορεί να εγχυθεί σε αυτό.Στην πραγματικότητα, όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα, τόσο πιο δύσκολο είναι να διατηρηθεί το πλάσμα σταθερό.

Πιο συγκεκριμένα, όσο περισσότερο καύσιμο εγχύεται στην ίδια θερμοκρασία, τόσο περισσότερο ψύχονται ορισμένα μέρη του πλάσματος και τόσο πιο δύσκολη είναι η ροή του ρεύματος στο τελευταίο, προκαλώντας διαταραχές. Ο Πάολο Ρίτσι εξηγεί με απλά λόγια: Χάνουμε εντελώς τον έλεγχο και το πλάσμα πάει οπουδήποτε. Στη δεκαετία του 1980, προσπαθήσαμε να βρούμε έναν νόμο που μας επέτρεπε να υπολογίσουμε τη μέγιστη πυκνότητα υδρογόνου που μπορούσαμε να εγχύσουμε σε ένα τοκαμάκ. Ανακαλύφθηκε το 1988 από τον φυσικό Martin Greenwald και καθιερώνει μια σχέση μεταξύ της πυκνότητας του καυσίμου, της δευτερεύουσας ακτίνας του tokamak (η ακτίνα του εσωτερικού κύκλου του δακτυλίου) και του ρεύματος που κυκλοφορεί στο πλάσμα. , Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με αυτά τα μηχανήματα έχουν επιβεβαιώσει αυτό το “όριο Greenwald”, το οποίο βρίσκεται στο επίκεντρο της στρατηγικής κατασκευής ITER.

READ  Η NASA προσφέρει στο κοινό να γυρίσει τη Σελήνη γράφοντας τα ονόματα των επιβατών σε έναν σκληρό δίσκο που βρίσκεται σε τροχιά

Ιστορία πλάσματος

Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και καιρό ότι το όριο του Greenwald θα μπορούσε να βελτιωθεί. Για να ελέγξει την υπόθεσή τους, σε συνεργασία με άλλες ομάδες tokamak, το Ελβετικό Κέντρο Plasma σχεδίασε και λειτούργησε ένα επαναστατικό πείραμα, χρησιμοποιώντας πολύ εξελιγμένη τεχνολογία που στοχεύει στον ακριβή έλεγχο της ποσότητας καυσίμου που εγχέεται στο tokamak. Τα μεγαλύτερα tokamak στον κόσμο, το Joint European Torus (JET) στο Ηνωμένο Βασίλειο, το ASDEX Upgrade (Ινστιτούτο Max Planck) στη Γερμανία και το TCV tokamak στο EPFL έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς.

Ταυτόχρονα, ο Maurizio Giacomin, διδακτορικός φοιτητής στην ομάδα του Paolo Ricci, άρχισε να αναλύει τις φυσικές διεργασίες που περιορίζουν τις πυκνότητες στα tokamaks προκειμένου να θεσπίσει έναν θεμελιώδη νόμο που επιτρέπει τη συσχέτιση της πυκνότητας του καυσίμου και του μεγέθους του tokamak. Μέρος αυτής της εργασίας περιλαμβάνει τη χρήση προηγμένων προσομοιώσεων πλάσματος που εκτελούνται με χρήση μοντέλων υπολογιστή.

Το κλειδί ήταν η ανακάλυψη ότι ένα πλάσμα μπορούσε να υποστηρίξει μεγαλύτερη πυκνότητα καυσίμου καθώς η ισχύς εξόδου μιας αντίδρασης σύντηξης αυξανόταν. Με άλλα λόγια, τα tokamaks όπως το ITER μπορούν να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά σχεδόν διπλάσια ποσότητα καυσίμου για να παράγουν πλάσμα, χωρίς φόβο να διαταραχθούν. Ο/Η Paolo Ricci λέει: Αυτό το αποτέλεσμα είναι σημαντικό γιατί δείχνει ότι η πυκνότητα που μπορεί να επιτευχθεί σε ένα tokamak αυξάνεται με την ισχύ που απαιτείται για τη λειτουργία του. Η επίδειξη θα λειτουργεί με σημαντικά υψηλότερη ισχύ από τα σημερινά Tokamaks και ITER, που σημαίνει ότι μπορεί να προστεθεί περισσότερη πυκνότητα καυσίμου χωρίς περιορισμό της παραγωγής, σε αντίθεση με το νόμο του Greenwald. και αυτά είναι υπέροχα νέα ,

Πηγή: χαρτί φυσικής ανασκόπησης

Haralambos Barberakos

"Εμπειρογνώμονας για τη δια βίου μπύρα. Βραβευμένο maven μπέικον. Μελετητής μουσικής. Οπαδός του Διαδικτύου. Buff αλκοόλ."

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Back to top