USA na progu zapłonu termojądrowego
Przez dziesięciolecia naukowcy dążyli do bezwładnościowej syntezy termojądrowej (ICF) jako środka do osiągnięcia zapłonu – procesu syntezy, w którym samonagrzewanie generuje więcej ciepła termojądrowego niż jest tracone we wszystkich procesach chłodzenia w paliwie termojądrowym celu.
Badania nad syntezą jądrową i fizyką plazmy są prowadzone w ponad 50 krajach, a reakcje syntezy udało się z powodzeniem osiągnąć w wielu eksperymentach, aczkolwiek bez wykazania zysku netto na mocy syntezy jądrowej.
National Ignition Facility poinformował, że jest na progu zapłonu termojądrowego…
8 sierpnia 2021 r. eksperyment w National Ignition Facility (NIF) w Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) wykonał znaczący krok w kierunku zapłonu, osiągając wydajność ponad 1,3 megadżuli (MJ).
Ten postęp stawia naukowców na progu zapłonu syntezy jądrowej, ważnego celu NIF, i otwiera dostęp do nowego reżimu eksperymentalnego.
Eksperyment był możliwy dzięki skupieniu światła laserowego z NIF- wielkości trzech boisk piłkarskich — na celu wielkości kulki, który wytwarza gorący punkt o średnicy ludzkiego włosa, generując ponad 10 biliardów watów mocy termojądrowej na 100 bilionowe części sekundy.
„Te niezwykłe wyniki NIF posuwają naprzód naukę, na której opiera się NNSA, aby zmodernizować naszą broń jądrową i produkcję, a także otworzyć nowe ścieżki badań” – powiedziała Jill Hruby, sekretarz Departamentu ds. Bezpieczeństwa Jądrowego i administrator NNSA.
„Uzyskanie eksperymentalnego dostępu do wyładowań termojądrowych w laboratorium jest kulminacją dziesięcioleci prac naukowych i technologicznych, które trwają prawie 50 lat” – powiedział dyrektor laboratorium krajowego Los Alamos, Thomas Mason.
„Umożliwia to eksperymenty, które sprawdzą teorię i symulacje w reżimie wysokiej gęstości energii bardziej rygorystycznie niż kiedykolwiek wcześniej i umożliwią fundamentalne osiągnięcia w naukach stosowanych i inżynierii”.
Fuzja kontra rozszczepienie...
Zwolennicy czystej energii nie będą chcieli mieć z tym nic wspólnego, bez względu na to, jak jest bezpieczna.
Amerykańscy naukowcy mówią, że „Fusion” od dziesięcioleci jest świętym Graalem.
NASA donosi, że słońce wytwarza niektóre z nich. Chociaż energia wytwarzana przez rozszczepienie jest porównywalna z energią wytwarzaną przez fuzję, jądro Słońca jest zdominowane przez wodór i w temperaturach, w których fuzja wodoru jest możliwa, więc dominującym źródłem energii na metr sześcienny jest fuzja niż rozszczepienie bardzo niskiej liczebności radioizotopów.
Rozszczepienie nie jest znaczącym źródłem energii, o ile temperatury i gęstości są wystarczająco wysokie, aby nastąpiła fuzja.
Temperatura powierzchni Słońca wynosi 5778K.
Ołów topi się w temperaturze 621,5°F.
Aluminium topi się w temperaturze 1221°F.
Miedź topi się w temperaturze 1,984°F.
Wolfram, pierwiastek o najwyższej temperaturze topnienia, topi się w temperaturze 6170°F. 6,170 ° F .
Ale tutaj jest konwersja. (6170°F - 32) × 5/9 + 273,15 = 3683,15°K
Jak działają reaktory syntezy jądrowej How Stuff Works…
Fuzja wymaga temperatur około 100 milionów stopni Kelvina (około sześć razy wyższych niż w jądrze Słońca). W tych temperaturach wodór jest plazmą, a nie gazem. Plazma to wysokoenergetyczny stan materii, w którym wszystkie elektrony są oderwane od atomów i poruszają się swobodnie. Słońce osiąga te temperatury dzięki swojej dużej masie i sile grawitacji ściskającej tę masę w jądrze. Aby osiągnąć te temperatury, musimy wykorzystać energię z mikrofal, laserów i cząstek jonów.
Reakcje syntezy deuteru z trytem wymagają temperatur przekraczających 100 milionów stopni. Aby osiągnąć te niezwykłe temperatury, w tokamakach zwykle stosuje się trzy oddzielne systemy grzewcze, z których każdy jest w stanie dostarczyć do paliwa znacznie ponad milion watów mocy. Razem wytwarzają i podtrzymują plazmę, która jest wystarczająco gorąca, aby zajść wysokoenergetyczne zderzenia wymagane do fuzji. Składniki plazmy o temperaturze 100 milionów stopni poruszają się bardzo szybko i pozostawione same sobie wkrótce rozdzielą się tak daleko, że zderzenia staną się niezwykle mało prawdopodobne. Aby utrzymać gęstość plazmy wystarczająco wysoką, aby rzeczywiście doszło do zderzeń, naczynie plazmowe jest otoczone ogromnymi elektromagnesami. Tworzą one pola magnetyczne 10 000 razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi i ograniczają ciągłą cyrkulację plazmy w naczyniu w kształcie pierścienia. Jeśli jednak plazma stanie się zbyt gęsta, zderzenia innego rodzaju – między jądrami a elektronami – zaczynają wytwarzać duże ilości promieniowania. To promieniowanie, zwane bremsstrahlung, wysysa energię z plazmy i zapobiega fuzji – optymalna wartość gęstości wynosi około jednej milionowej atmosfery.
Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej porusza niektóre kwestie: - czym jest fuzja i dlaczego tak trudno ją osiągnąć?
Mówiąc najprościej, fuzja jądrowa to proces, w którym dwa lekkie jądra atomowe łączą się, tworząc jedno, cięższe, uwalniając ogromne ilości energii.
Reakcje fuzji zachodzą w stanie skupienia zwanym plazmą — gorący, naładowany gaz złożony z dodatnich jonów i swobodnie poruszających się elektronów, który ma unikalne właściwości różniące się od ciał stałych, cieczy i gazów.
Aby połączyć się z naszym słońcem, jądra muszą zderzać się ze sobą w bardzo wysokich temperaturach, przekraczających dziesięć milionów stopni Celsjusza, aby umożliwić im przezwyciężenie wzajemnego odpychania elektrycznego. Gdy jądra przezwyciężą to odpychanie i znajdą się w bardzo bliskiej odległości od siebie, przyciągająca siła jądrowa między nimi przeważy odpychanie elektryczne i pozwoli im się połączyć. Aby tak się stało, jądra muszą być zamknięte na małej przestrzeni, aby zwiększyć szanse na kolizję.
Na Słońcu ekstremalne ciśnienie wytwarzane przez jego ogromną grawitację stwarza warunki do zachodzenia fuzji. Ilość energii wytwarzanej w wyniku syntezy jądrowej jest bardzo duża, czterokrotnie większa niż w przypadku reakcji rozszczepienia jądrowego, a reakcje syntezy jądrowej mogą stanowić podstawę przyszłych reaktorów termojądrowych. Plany zakładają, że reaktory termojądrowe pierwszej generacji będą wykorzystywać mieszaninę deuteru i trytu, ciężkich rodzajów wodoru. Teoretycznie z zaledwie kilku gramów tych reagentów można wyprodukować teradżul(TJ) energii, czyli mniej więcej tyle, ile jedna osoba w rozwiniętym kraju potrzebuje w ciągu sześćdziesięciu lat. Na Ziemi potrzebujemy temperatur przekraczających 100 milionów stopni Celsjusza i wysokiego ciśnienia, aby wytworzyć stopienie deuteru i trytu, a także wystarczającego zamknięcia, aby utrzymać plazmę i utrzymać reakcję fuzji wystarczająco długo, aby uzyskać zysk netto, tj. stosunek mocy wytwarzanej z fuzji do moc wykorzystywanej do podgrzewania plazmy.
To, ile czasu zajmie odtworzenie „procesu gwiazd”, będzie zależało od mobilizacji zasobów poprzez globalne partnerstwa i współpracę.
Jeden z amerykańskich uczonych powiedział: „może jesteśmy na progu niesamowicie czystej energii, która zaspokoi wszystkie nasze potrzeby i ten cały zielony ład wyląduje na śmietniku historii”.
https://www.iaea.org/fusion-energy/what-is-fusion-and-why-is-it-so-difficult-to-achieve
https://science.howstuffworks.com/fusion-reactor2.htm
https://image.gsfc.nasa.gov/poetry/ask/askmag.html
https://lasers.llnl.gov/
https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-experiment-puts-researchers-threshold-fusion-ignition
...
