Ale jak duży jest w każdym razie „zysk netto energii” – i co to oznacza dla elektrowni termojądrowych przyszłości? Oto, co musisz wiedzieć.
Przebiegają obecne elektrownie jądrowe rozszczepienia jądrowego Rozbijanie ciężkich atomów w celu wytworzenia energii. W przypadku rozszczepienia neutron zderza się z ciężkim atomem uranu, rozszczepiając go na lżejsze atomy i jednocześnie uwalniając dużo ciepła i energii.
Z drugiej strony fuzja działa w odwrotny sposób – polega na rozbiciu dwóch atomów (najczęściej dwóch atomów wodoru) w celu utworzenia nowego pierwiastka (najczęściej helu).i W ten sam sposób, w jaki gwiazdy generują energię. W tym procesie dwa atomy wodoru tracą niewielką ilość masy, która jest przekształcana w energię zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina, E = mc². Ponieważ prędkość światła Bardzo szybki – 300 000 000 metrów na sekundę – nawet niewielka ilość masy może wytworzyć tonę energii.
Co to jest „zysk energetyczny netto” i jak naukowcy go osiągnęli?
Do tego momentu naukowcom udało się z powodzeniem połączyć ze sobą dwa atomy wodoru, ale reakcja zawsze wymaga więcej energii, niż można odzyskać. Zysk energetyczny netto – w którym pobierają więcej energii niż włożyli w wywołanie reakcji – był nieuchwytnym świętym Graalem badań nad syntezą jądrową.
Teraz naukowcy z National Ignition Facility w Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii mają ogłosić, że osiągnęli zysk netto, strzelając laserami do atomów wodoru. 192 lasery kompresują atomy wodoru do gęstości prawie 100 razy większej niż gęstość ołowiu i podgrzewają je do prawie 100 milionów stopni Celsjusza. Wysoka gęstość i temperatura powodują, że atomy łączą się w hel.
Inne badane metody obejmują wykorzystanie magnesów do ograniczania przegrzanej plazmy.
„Jeśli tego właśnie oczekujemy, to jest jak moment Kitty Hawk braci Wright” – powiedziała Melanie Windridge, fizyk plazmy i dyrektor generalny Fusion Energy Insights. „To jak start samolotu”.
Czy to oznacza, że energia termojądrowa jest gotowa na najlepszy czas?
Nie, naukowcy określają obecny przełom jako „naukowy przyrost energii netto” — co oznacza, że z reakcji wyszło więcej energii niż zostało wprowadzone przez laser. To ogromny kamień milowy, którego wcześniej nie osiągnięto.
Ale to tylko zysk energii netto na poziomie mikro. Według Troya Cartera, fizyka plazmy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, lasery używane w laboratorium Livermore mają wydajność zaledwie 1 procenta. Oznacza to, że zasilanie lasera wymaga 100 razy więcej energii, niż może ostatecznie dostarczyć atomom wodoru.
Tak więc naukowcy muszą jeszcze osiągnąć „zysk energetyczny netto” lub punkt, w którym cały proces zużywa mniej energii niż wytwarza reakcja. Musieliby również dowiedzieć się, jak przekształcić powstałą energię – obecnie w postaci energii kinetycznej z jąder helu i neutronów – w formę, którą można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej. Mogli to zrobić, przekształcając je w ciepło, a następnie podgrzewając parę, aby napędzać turbinę i zasilać generator. Proces ten ma również ograniczenia wydajności.
Wszystko to oznacza, że zysk energetyczny prawdopodobnie musi być znacznie wyższy, aby fuzja była komercyjnie opłacalna.
Na razie naukowcy mogą również przeprowadzać reakcję fuzji raz dziennie. W międzyczasie muszą pozwolić laserowi ostygnąć i wymienić cel paliwa fuzyjnego. Komercyjnie opłacalna fabryka powinna być w stanie to zrobić wiele razy na sekundęmówi Dennis White, dyrektor Center for Plasma and Fusion Sciences na MIT. Powiedział: „Kiedy masz naukową wykonalność, musisz znać wykonalność inżynierską”.
Jakie są korzyści z integracji?
Ogromne możliwości fuzji. Technologia ta jest znacznie bezpieczniejsza niż technologia jądrowa rozszczepienia jądrowego, ponieważ fuzja nie może wywołać dzikich reakcji. Nie wytwarzają też radioaktywnych produktów ubocznych, które muszą być składowane, ani szkodliwych emisji dwutlenku węgla; Po prostu wytwarza obojętny hel i neutron. Nie jest też prawdopodobne, że zabraknie mu paliwa: paliwo fuzyjne to po prostu ciężkie atomy wodoru, które można znaleźć w wodzie morskiej.
Kiedy fuzja może zasilić nasze domy?
To jest pytanie za bilion dolarów. Przez dziesięciolecia naukowcy żartowali, że fuzja jest zawsze za 30 lub 40 lat. Przez lata naukowcy różnie przewidywali, że elektrownie termojądrowe będą działać w latach 90., 2000., 2000. i 20. XX wieku. Obecni eksperci ds. syntezy jądrowej twierdzą, że nie jest to kwestia czasu, ale woli — jeśli rządy i prywatni darczyńcy będą agresywnie finansować syntezę jądrową, mówią, że prototypowa elektrownia termojądrowa może być dostępna w latach 30. XX wieku.
„Harmonogram nie jest tak naprawdę kwestią czasu” – powiedział Carter. „To kwestia innowacji i wysiłku”.
