Globaalit ydinuhat lisääntyivät viime kuukausina sen jälkeen, kun Pohjois-Korea rakensi ydinaseita ja presidentti Donald Trumpin uhka maan vaaralliselle johtajalle. Lisääntyvät jännitteet saivat Doomsday Clockin jopa siirtymään lähemmäksi keskiyötä.
Huolimatta sen mahdollisuudesta tuhota maailma ja uhata olemassaoloamme, ydinvoimalla on myös potentiaalia ratkaista planeetan painavat voimantarpeet.
Viime vuosina joukko yksityisyrityksiä on hyppää tutkimusvaunuun johtuen tekniikan kehityksestä ja ymmärryksestämme asioista, kuten suprajohteet. Google kehitti äskettäin ydinfuusioasiantuntijoiden kanssa kehittää algoritmin monimutkaisten energiaongelmien ratkaisemiseksi, ja MIT on äskettäin sanonut, että ydinfuusio voi olla verkossa vain 15 vuodessa.
Viime aikoina tutkijat uskovat voivansa avata yhden ydinfuusion salaisuuksista katsomalla räjähtäviä tähtiä. Joukkue,Michiganin yliopiston laserkokeellisen astrofysikaalisen tutkimuskeskuksen tutkimusryhmä tutki, kuinka lämmöllä on merkitys materiaalien sekoittumisessa supernovien aikana - valopiste, joka syntyy, kun tähti saavuttaa elämänsä loppuun ja räjähtää. Nämä räjähdykset lähettävät valtavia määriä energiaa, joissakin tapauksissa enemmän kuin oma aurinkomme antaa koko elinaikanaan.
Lämmön rooli tällaisissa avaruusfuusioreaktioissa on suurelta osin unohdettu, ja tutkijat ovat yrittäneet jäljitellä tällaisia reaktioita maapallolla auttaakseen ydinenergian läpimurtoja. Sekoittamalla erilaisia plasmoja erilaisiin alkuaineisiin, mukaan lukien rauta, hiilihelium ja vety laboratorio-olosuhteissa, tutkijat ovat onnistuneet todentamaan, että energian virtaukset aiheuttavat lämmön nousun ja laskun, mikä vaikuttaa merkittävästi siihen, miten elementit sekoittuvat plasmat. Tätä ei ole otettu huomioon tällä tavalla aiemmissa kokeissa, ja se voi vihdoin olla avain ydinfuusion kestävämmäksi tekemiseen maapallolla. Tutkimus on julkaistu Luontoviestintä.
Mikä on ydinenergia?
Vaikka ydinvoimalla on potentiaalia tarjota ihmisille melkein rajaton energia, ydinenergian taustalla on vuorovaikutusta pienimpien kuviteltavissa olevien hiukkasten välillä. Kaikkien maailmankaikkeuden atomien keskellä on pieni kokoelma protoneja ja neutroneja, joita kutsutaan ytimeksi. Protonien ja neutronien lukumäärä ytimessä määrittää, mikä elementti on atomi, ja ydin muodostaa suurimman osan atomin massasta.
Ytimen sisällä protoneja ja neutroneja sitoo yksi fysiikan neljästä perusvoimasta, jota kutsutaan voimakkaaksi voimaksi. Kuten nimestään käy ilmi, vahva voima on vahvin kaikista neljästä, mutta se toimii vain pienillä etäisyyksillä - kuten ytimen sisällä. Muut ovatpainovoimainen, sähkömagneettinen ja heikko. Tässä videossa kuvataan erot ja miten ne vaikuttavat meihin:
Atomit ovat pääasiassa tyhjää tilaa. Jos atomi olisi jalkapallostadion kokoinen, ydin olisi suunnilleen kärpän kokoinen sen keskellä. Toinen atomin osa on pilvi-elektronit, jotka kiertävät atomin ydintä, mutta voimakas voima ei koske elektroneja. Sen sijaan niitä sitoo sähkömagneettiset voimat, koska niillä on negatiivinen varaus, kun taas ydin on positiivisesti varautunut.
Yleisesti ottaen ydinfysiikkaan kuuluu ytimen tekeminen tai rikkominen. Molemmat ovat prosesseja, joiden kautta menetetään pieni massa, ja ne vapauttavat valtavia määriä energiaa.
Miksi ydinvoima on niin tärkeää?
1950-luvulta lähtien fyysikot ovat yrittäneet jäljitellä aurinkoa ohjaavaa prosessia kontrolloimalla vetyatomien fuusio heliumiin. Avain tämän voiman hyödyntämiseen on rajoittaa erittäin kuumia vetykaasupalloja, joita kutsutaan plasmoiksi, kunnes fuusioreaktioista tulevan energian määrä on suurempi kuin mitä laitettiin sisään. Tätä kohtaa energia-asiantuntijat kutsuvat kannattavuudeksi ja jos se pystyy saavutettaisiin, se edustaisi teknistä läpimurtoa ja voisi tarjota rajoittamattoman ja runsaan hiilidioksidipäästöttömän energian lähteen.
Olet todennäköisesti tietoinen Einsteinin tunnetuimmasta yhtälöstä E = mc ^ 2. Siinä todetaan, että vapautuneen energian määrä, kun pieni massa menetetään, on yhtä suuri kuin massa kerrottuna valon nopeudella. Valon nopeus on melko valtava määrä.
Katso aiheeseen liittyvä Venäjän kelluva Tšernobylin ydinvoimala on juuri purjehtinut Faraday Challenge: hallitus investoi 246 miljoonaa puntaa, jotta Yhdistyneestä kuningaskunnasta tulisi johtava akkuteknologia Ydinpommikartta paljastaa kuinka todennäköisesti olet selviytynyt ydinhyökkäyksestä Mikä on Trident? Ison-Britannian ydinpelottava tekijä selitti Tšernobylin ja Fukushiman katastrofit: Mitä tapahtuu ydinalan poissulkemisalueille, kun ihmiset lähtevät?
Minkä tahansa elementin pienin ydin koostuu vain yhdestä protonista, joka löytyy vetyatomista. Vety, heliumin, litiumin ja berylliumin ohella, ovat maailmankaikkeuden kevyimmät alkuaineet, joten niiden muodostumiseen ei tarvita paljon energiaa. Nämä valoelementit muodostuivat aivan maailmankaikkeuden alussa, kun se oli noin kolme minuuttia vanha ja tarpeeksi kylmä protonien ja neutronien sitoutumiseksi toisiinsa. Tämä on yksi syy siihen, miksi vetyplasmoja pidetään parhaana lähteenä ydinvoiman saamiseksi maapallolle.
Näiden neljän ensimmäisen elementin jälkeen maailmankaikkeus osui seinään. Lisäenergiaa tarvittiin jaksollisen järjestelmän seuraaville 88 elementille, jotta voitettaisiin protonit, jotka karkottivat toisiaan positiivisilla varauksillaan, ja tätä varten ydinfuusion on oltava pelissä.
Joten mikä on ydinfuusio?
Lähes kaikki ympärillämme oleva on luotu tähden sisällä. Tähdet alkavat vedyllä, jonka ne puristavat yhteen muodostaen heliumia. Tämä prosessi jatkuu, vapauttaa energiaa ja lämmittää tähteä.
Tämän reaktion, jossa vetyä käytetään polttoaineena, tutkijat ja ryhmät pitävät samanlaisistaTAE Technologiesyrittävät matkia ydinfuusiovoiman saavuttamiseksi. Kun deuteriumin ja tritiumin ytimet - jotka löytyvät vedystä - sulautuvat, ne muodostavat heliumytimen, neutronin ja paljon energiaa.
miten muuttaa .wav tiedostoksi .mp3
Koska ydinfuusio vaatii valtavia energiamääriä reaktioiden aloittamiseksi, prosessin on osoittautunut vaikeaksi kopioida maapallolla. Noin 150 miljoonan asteen paine ja lämpötilat vievät atomien yhdistymisen fuusioreaktoriin.
Kun auringon ytimen kokoinen tähti loppuu vedystä (sen polttoaineen lähde), se alkaa kuolla. Kuoleva tähti laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja alkaa tuottaa hiiliatomeja fuusioimalla heliumiatomeja. Suuremmat tähdet voivat luoda raskaampia alkuaineita hapesta rautaan uudessa ydinpoltinsarjassa. Kaikki, mikä on rautaa raskaampaa, syntyy supernovassa, jättimäisessä räjähdyksessä massiivisen tähden elämän lopussa.
Kuinka ydinfuusio liittyy ydinfisioon?
Ydinvoima, sellaisena kuin me sen tunnemme maan päällä, käyttää erilaista ydinreaktiota, jota kutsutaan fissioksi.
Kun elementit alkavat laajentua, kuten uraani tai plutonium, jolloin ytimen sisälle on pakattu enemmän protoneja ja neutroneja, on mahdollista jakaa ne takaisin pienempiin elementteihin lyömällä ne neutroneilla. Tämä johtaa myös massan muutokseen, mikä vapauttaa valtavia määriä energiaa.
Ongelma on reaktioiden ns. Jälkituotteissa. Nämä aineet ovat erittäin radioaktiivisia, mikä tekee niistä uskomattoman vaarallisia, ja tämä on ydinvoiman merkittävin haittapuoli.
Radioaktiivista jätettä on käsiteltävä uskomattoman huolellisesti, ja paras tapa päästä eroon siitä on hautaaminen syvälle maan alle. Mutta se tekee ydinreaktoreista vaarallisia paikkoja, ja katastrofit, joissa radioaktiivista jätettä on vuotanut, ovat aiheuttaneet vakavia seurauksia, kuten Tšernobylin katastrofi vuonna 1986 ja Fukushima.
Mitkä yritykset työskentelevät ydinfuusion parissa?
KANSSA
MIT: n tutkijat suunnittelivat yhdessä yksityisen yrityksen Commonwealth Fusion Systems -yrityksen kanssa äskettäin uuden sukupolven fuusiokokeita ja voimalaitoksia, joissa käytetään korkean lämpötilan suprajohteita. Vaikka kumppanuus on vielä toteutumatta, sen tavoitteena on rakentaa kompakti laite nimeltä SPARC.
Kun suprajohtavat sähkömagneetit SPARC SPARC käyttää niitä 100 miljoonan watin tai 100 megawatin (MW) fuusiovoiman tuottamiseen. Vaikka se ei muuta lämpöä sähköksi, se tuottaa niin paljon virtaa kuin pieni kaupunki käyttää - yli kaksi kertaa enemmän kuin plasman lämmittämiseen, mikä lopulta luo fuusion positiivisen nettoenergian ensimmäistä kertaa. Menestyminen voi auttaa luomaan täysimittaisen fuusiovoimalan prototyypin ja saattamaan maailman ydinfuusion tielle vain 15 vuodessa.
Tämä tutkimus jatkuu Googlen jaTAE Technologies, joka kutsuu itseään maailman suurimmaksi yksityiseksi fuusioyhtiöksi, ja sen jättiläinen ionisoitu plasmakone C2-U. Google rakensi algoritmin, joka on suunniteltu nopeuttamaan plasmafysiikan kokeita, ja Tri Alpha Energyn lopullinen tavoite on CFS: n tapaan rakentaa ensimmäinen fuusiopohjainen kaupallinen voimalaitos. Mitä nopeammin se voi suorittaa kokeita, sitä nopeammin ja halvemmin se voi saavuttaa tämän tavoitteen ja siirtää maailman kohti kestävämpää, puhdasta energialähdettä.
LUE SEURAAVA: Selviytyminen ydinhyökkäyksestä
Ydinfuusion yksityisen sektorin lisääntynyt tutkimus heijastaa valtavaa palkintoa - runsasta, ympäristövastuullista ja turvallista uutta tapaa tuottaa sähköä, professori Ian Chapman, Ison-Britannian atomienergiaviraston toimitusjohtaja sanoi .
Tämänkaltaisten kokeiden suorittamiseksi plasma - erittäin kuumat kaasupallot - on suljettava pitkäksi aikaa.TAE Technologiesrajoittaa nämä plasmat käyttämällä menetelmää nimeltä kentän käänteinen kokoonpano jonka ennustetaan muuttuvan vakaammaksi energian kasvaessa, toisin kuin muut menetelmät, joissa plasmoita on vaikeampi hallita kuumennettaessa.
TAE Technologies ”C-2U työntää nämä kokeet siihen rajaan, kuinka paljon sähkövoimaa voidaan käyttää plasman tuottamiseen ja rajoittamiseen niin pienessä tilassa niin lyhyessä ajassa. Asetusten optimointi (laitteessa on yli 1000 painiketta) ja plasman käyttäytymisen hallinta on monimutkainen ongelma, ja tässä tulee Googlen optometristialgoritmi.
Googlen vanhempana ohjelmistosuunnittelijana Ted Baltz selittää , C-2U-kone suorittaa plasmakuvan kahdeksan minuutin välein, ja jokainen ajo sisältää kaksi kehrättävää plasmapalaa C-2U: n tyhjiöön. Nämä läiskät murskataan yhdessä yli 600 000 maililla tunnissa suuremman, kuumemman, pyörivän plasmapallon luomiseksi.
LUE SEURAAVA: Mikä on algoritmi ?
Plasman pallo osuu sitten jatkuvasti neutraaleista vetyatomista valmistetuilla hiukkassäteillä, jotta se pyörii. Magneettikentät pitävät pyörivää palloa kiinni jopa 10 millisekuntia. Googlen algoritmi vie kaikki parametrit asetusten lukumäärästä tyhjiön laatuun ja elektronien stabiilisuuteen ihmisfyysikoille ratkaisujen esittämiseksi.
Kuinka ydinpommit toimivat?
Yhdysvallat oli ensimmäinen maa, joka kehitti ydinaseita, jota seurasi Venäjä vuonna 1949. Vuodesta 2016 arvioidaan, että Yhdysvalloissa on noin 7000 ydinkärkeä, mukaan lukien eläkkeellä olevat, varastoidut ja käyttöönotetut aseet. Venäjällä sanotaan olevan noin 7300 taistelupäätä, Ranskassa noin 300 ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa 215. Pohjois-Koreassa, jota pidetään yhtenä nykyajan merkittävimmistä ydinuhkista, on tuntematon määrä laitteita, vaikka arvioiden mukaan luku on noin 10 .
Kaikki ydinaseet käyttävät fissiota tuottamaan tuhoisia räjähdyksiä. Varhaiset aseet, mukaan lukien Hiroshimaan toisen maailmansodan aikana pudotettu Pikku poika, loivat kriittisen massan, joka tarvitaan fissioketjureaktion käynnistämiseenampuu ontto uraani-235-sylinteri samasta materiaalista tehtyyn kohteeseen.
LUE LISÄÄ: Mikä on vetypommi?
Tämä tekniikka on kehittynyt viime vuosina, ja nykyajan aseissa kriittinen massa riippuu materiaalin tiheydestä. Nämä aseet räjäyttävät kemiallisia räjähteitä ns. Uraani-235- tai plutonium-239-metallikuopan ympärillä. Nämä isotoopit ovat yleisimpiä elementtejä, jotka kykenevät käymään läpi fissio. Sekä uraania että plutoniumia esiintyy luonnollisesti mineraaliesiintymissä, vaikkakin pieninä määrinä (alle 1% uraanin kohdalla ja vielä vähemmän plutoniumin kohdalla), mikä tarkoittaa, että ne on valmistettava. Tämä on kallista ja aikaa vievää prosessia, ja se on tärkein este ydinpommien rakentamiselle vapaammin.
LUE SEURAAVA: Mitä eroa on vetypommilla ja atomipommilla?
mikä vuosi on samsung tv
Nykyaikaisissa ydinräjähdyksissä räjähdys puhaltaa sisäänpäin pakottaen kuopan atomit yhteen. Kun kriittinen massa on saavutettu, neutronien avulla luodaan fissioketjureaktio, joka vuorostaan luo atomiräjähdyksen. Lämpöydinfuusioaseet käyttävät fissio-räjähdyksessä syntyvää energiaa pakottaakseen vetyisotoopit muodostamaan tulipallon, joka lähestyy yhtä kuumia lämpötiloja kuin aurinko.
