Proiectele inovatoare care folosesc supraconductori moderni vor permite în curând fuziunea termonucleară controlată, spun unii optimiști. Experții, totuși, prevăd că aplicarea practică va dura câteva decenii.
De ce este atât de dificil?
Energia de fuziune este considerată o sursă potențială de energie pentru viitor. Aceasta este energia pură a atomului. Dar ce este și de ce este atât de greu de realizat? Pentru început, trebuie să înțelegem diferența dintre fisiunea nucleară clasică și fuziunea termonucleară.
Fisiunea atomului are loc atunci când izotopii radioactivi - uraniu sau plutoniu - sunt fisionați și transformați în alți izotopi foarte radioactivi, care apoi trebuie îngropați sau reciclați.
Reacția de fuziune constă în faptul că doi izotopi ai hidrogenului - deuteriu și tritiu - fuzionează într-un singur întreg, formând heliu netoxic și un singur neutron, fără a produce deșeuri radioactive.
Problemă de control
Reacții careapar în Soare sau într-o bombă cu hidrogen - aceasta este fuziunea termonucleară, iar inginerii se confruntă cu o sarcină descurajantă - cum să controleze acest proces la o centrală electrică?
Acesta este ceva la care oamenii de știință au lucrat încă din anii 1960. Un alt reactor experimental de fuziune numit Wendelstein 7-X a început să funcționeze în orașul Greifswald, din nordul Germaniei. Nu este încă conceput pentru a crea o reacție - este doar un design special care este testat (un stellarator în loc de un tokamak).
Plasmă cu energie în altă
Toate instalațiile termonucleare au o caracteristică comună - o formă inelară. Se bazează pe ideea de a folosi electromagneți puternici pentru a crea un câmp electromagnetic puternic în formă de tor - un tub umflat de bicicletă.
Acest câmp electromagnetic trebuie să fie atât de dens încât atunci când este încălzit într-un cuptor cu microunde la un milion de grade Celsius, o plasmă trebuie să apară chiar în centrul inelului. Apoi este aprins, astfel încât fuziunea să poată începe.
Demonstrație de posibilități
În Europa, două astfel de experimente sunt în curs de desfășurare. Unul dintre ele este Wendelstein 7-X, care a generat recent prima sa plasmă cu heliu. Celăl alt este ITER, o uriașă instalație experimentală de fuziune din sudul Franței, care este încă în construcție și va fi gata să funcționeze în 2023.
Se presupune că la ITER vor avea loc reacții nucleare reale, totuși, numai înpentru o perioadă scurtă de timp și cu siguranță nu mai mult de 60 de minute. Acest reactor este doar unul dintre mulți pași către realizarea fuziunii nucleare.
Reactor de fuziune: mai mic și mai puternic
Recent, mai mulți designeri au anunțat un nou design de reactor. Potrivit unui grup de studenți de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, precum și reprezentanți ai companiei de arme Lockheed Martin, fuziunea poate fi realizată în facilități mult mai puternice și mai mici decât ITER și sunt gata să o facă în termen de zece. ani.
Ideea noului design este de a folosi supraconductori moderni de în altă temperatură în electromagneți, care își manifestă proprietățile atunci când sunt răciți cu azot lichid, mai degrabă decât cei convenționali, care necesită heliu lichid. O tehnologie nouă, mai flexibilă va permite o reproiectare completă a reactorului.
Klaus Hesch, care este responsabil cu tehnologia fuziunii nucleare la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din sud-vestul Germaniei, este sceptic. Susține utilizarea de noi supraconductori de în altă temperatură pentru noi modele de reactoare. Dar, potrivit lui, a dezvolta ceva pe un computer, ținând cont de legile fizicii, nu este suficient. Este necesar să se țină cont de provocările care apar la punerea în practică a unei idei.
Sci-fi
Conform lui Hesh, modelul studentului MIT arată doar posibilitatea unui proiect. Dar de fapt este multă știință-ficțiune. Proiectsugerează că problemele tehnice grave ale fuziunii au fost rezolvate. Dar știința modernă nu are idee cum să le rezolve.
O astfel de problemă este ideea bobinelor pliabile. Electromagneții pot fi demontați pentru a intra în inelul care deține plasma în modelul de design MIT.
Acest lucru ar fi foarte util deoarece s-ar putea accesa obiectele din sistemul intern și le-ar putea înlocui. Dar, în realitate, supraconductorii sunt fabricați din material ceramic. Sute dintre ele trebuie să fie împletite într-un mod sofisticat pentru a forma câmpul magnetic corect. Și aici există dificultăți mai fundamentale: conexiunile dintre ele nu sunt la fel de simple precum conexiunile cablurilor de cupru. Nimeni nu s-a gândit încă la concepte care ar ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme.
Prea fierbinte
Temperatura ridicată este, de asemenea, o problemă. În miezul plasmei de fuziune, temperatura va ajunge la aproximativ 150 de milioane de grade Celsius. Această căldură extremă rămâne pe loc - chiar în centrul gazului ionizat. Dar chiar și în jurul lui este încă foarte fierbinte - de la 500 la 700 de grade în zona reactorului, care este stratul interior al unei țevi metalice în care se va „reproduce” tritiul necesar pentru fuziunea nucleară
Reactorul de fuziune are o problemă și mai mare - așa-numita eliberare a puterii. Aceasta este partea din sistem care primește combustibilul uzat, în principal heliu, din procesul de fuziune. Primulcomponentele metalice în care intră gazul fierbinte se numesc „deviatoare”. Se poate încălzi până la peste 2000°C.
Problemă cu divertorul
Pentru ca planta să reziste la aceste temperaturi, inginerii încearcă să folosească tungstenul metalic folosit în becurile cu incandescență de modă veche. Punctul de topire al wolframului este de aproximativ 3000 de grade. Dar există și alte limitări.
În ITER, acest lucru se poate face, deoarece încălzirea în acesta nu are loc constant. Se presupune că reactorul va funcționa doar 1-3% din timp. Dar aceasta nu este o opțiune pentru o centrală electrică care trebuie să funcționeze 24/7. Și, dacă cineva pretinde că poate construi un reactor mai mic cu aceeași putere ca ITER, este sigur să spunem că nu are o soluție la problema deviatorului.
Centrală electrică în câteva decenii
Cu toate acestea, oamenii de știință sunt optimiști cu privire la dezvoltarea reactoarelor termonucleare, cu toate acestea, aceasta nu va fi atât de rapidă pe cât prevăd unii entuziaști.
ITER ar trebui să arate că fuziunea controlată poate produce de fapt mai multă energie decât ar fi cheltuită pentru încălzirea plasmei. Următorul pas este construirea unei noi centrale electrice hibride demonstrative care generează efectiv electricitate.
Inginerii lucrează deja la proiectarea acestuia. Ei vor trebui să învețe de la ITER, care este programat să fie lansat în 2023. Având în vedere timpul necesar pentru proiectare, planificare și construcție, se pare căeste puțin probabil ca prima centrală de fuziune să fie lansată mult mai devreme de mijlocul secolului al XXI-lea.
Rossi Cold Fusion
În 2014, un test independent al reactorului E-Cat a concluzionat că dispozitivul producea o putere medie de 2.800 de wați pe o perioadă de 32 de zile cu un consum de 900 de wați. Aceasta este mai mult decât orice reacție chimică este capabilă să izoleze. Rezultatul vorbește fie despre o descoperire în fuziunea termonucleară, fie despre fraudă totală. Raportul i-a dezamăgit pe sceptici, care se îndoiesc dacă testul a fost cu adevărat independent și sugerează o posibilă falsificare a rezultatelor testului. Alții au fost ocupați să descopere „ingredientele secrete” care permit fuziunii lui Rossi să reproducă tehnologia.
Rossi este un escroc?
Andrea impune. El publică proclamații către lume într-o engleză unică în secțiunea de comentarii a site-ului său, numită pretențios Journal of Nuclear Physics. Dar încercările sale anterioare eșuate au inclus un proiect italian de transformare a deșeurilor în combustibil și un generator termoelectric. Petroldragon, un proiect de transformare a deșeurilor în energie, a eșuat în parte pentru că aruncarea ilegală a deșeurilor este controlată de crima organizată italiană, care a depus acuzații penale împotriva acesteia pentru încălcarea reglementărilor privind gestionarea deșeurilor. De asemenea, a creat un dispozitiv termoelectric pentru Corpul Inginerilor Armatei SUA, dar în timpul testării, gadgetul a produs doar o fracțiune din puterea declarată.
Mulți nu au încredere în Rossi, iar redactorul-șef al New Energy Times l-a numit fără îndoială infractor cu o serie de proiecte energetice eșuate în spate.
Verificare independentă
Rossi a semnat un contract cu compania americană Industrial Heat pentru a efectua un test secret de un an al unei centrale de fuziune la rece de 1 MW. Dispozitivul era un container de transport plin cu zeci de E-Cats. Experimentul a trebuit să fie controlat de o terță parte care să poată confirma că generarea de căldură are loc într-adevăr. Rossi susține că și-a petrecut o mare parte din ultimul an trăind practic într-un container și supravegheând operațiunile mai mult de 16 ore pe zi pentru a dovedi viabilitatea comercială a E-Cat.
Testul s-a încheiat în martie. Susținătorii lui Rossi au așteptat cu nerăbdare raportul observatorilor, sperând o achitare pentru eroul lor. Dar până la urmă au primit un proces.
Litigiu
În dosarul unei instanțe din Florida, Rossi susține că testul a avut succes și un arbitru independent a confirmat că reactorul E-Cat produce de șase ori mai multă energie decât consumă. El a mai susținut că Industrial Heat a fost de acord să-i plătească 100 de milioane de dolari - 11,5 milioane de dolari în avans după procesul de 24 de ore (aparent pentru drepturi de licență, astfel încât compania să poată vinde tehnologia în SUA) și încă 89 de milioane de dolari după finalizarea cu succes a extinderii. proces.în termen de 350 de zile. Rossi l-a acuzat pe IH că derulează o „schemă frauduloasă”al cărui scop era să-i fure proprietatea intelectuală. El a acuzat, de asemenea, compania că a deturnat reactoare E-Cat, a copiat ilegal tehnologii și produse inovatoare, funcționalități și design și că a abuzat de un brevet asupra proprietății sale intelectuale.
Mina de aur
În altă parte, Rossi susține că într-una dintre demonstrațiile sale, IH a primit 50-60 de milioane de dolari de la investitori și alte 200 de milioane de dolari din China, după o reluare la care a implicat înalți oficiali chinezi. Dacă acest lucru este adevărat, atunci sunt în joc mai mult de o sută de milioane de dolari. Industrial Heat a respins aceste afirmații ca fiind lipsite de temei și urmează să se apere în mod activ. Mai important, ea susține că „a lucrat timp de peste trei ani pentru a confirma rezultatele pe care se presupune că Rossi le-a obținut cu tehnologia sa E-Cat, fără succes.”
IH nu crede în E-Cat, iar New Energy Times nu vede niciun motiv să se îndoiască de asta. În iunie 2011, un reprezentant al publicației a vizitat Italia, l-a intervievat pe Rossi și a filmat o demonstrație a lui E-Cat. O zi mai târziu, și-a raportat îngrijorările serioase cu privire la metoda de măsurare a puterii termice. După 6 zile, jurnalistul și-a postat videoclipul pe YouTube. Experți din întreaga lume i-au trimis analize, care au fost publicate în iulie. A devenit clar că aceasta a fost o farsă.
Confirmare experimentală
Cu toate acestea, un număr de cercetători - Alexander Parkhomov de la Universitatea de Prietenie a Popoarelor din Rusia și Proiectul Memorial Martin Fleishman (MFPM) -a reușit să reproducă fuziunea termonucleară rece a Rusiei. Raportul MFPM a fost intitulat „Sfârșitul erei carbonului este aproape”. Motivul unei astfel de admirații a fost descoperirea unei explozii de radiații gamma, care nu poate fi explicată altfel decât printr-o reacție termonucleară. Potrivit cercetătorilor, Rossi are exact ceea ce spune.
O rețetă deschisă viabilă pentru fuziune la rece ar putea declanșa o goană a aurului energetic. S-ar putea găsi metode alternative pentru a ocoli brevetele lui Rossi și a-l ține departe de afacerile cu energie de mai multe miliarde de dolari.
Deci poate că Rossi ar prefera să evite această confirmare.
