Η παγκόσμια πυρηνική απειλή αυξήθηκε τους τελευταίους μήνες μετά από ισχυρισμούς ότι η Βόρεια Κορέα κατασκευάζει πυρηνικά όπλα και η απειλή του προέδρου Ντόναλντ Τραμπ ενάντια στον επικίνδυνο ηγέτη της χώρας. Οι κλιμακούμενες εντάσεις προκάλεσαν ακόμη και το ρολόι Doomsday να πλησιάσει τα μεσάνυχτα.
Ωστόσο, παρά τη δυνατότητά του να καταστρέψει τον κόσμο και να απειλήσει την ίδια μας την ύπαρξη, η πυρηνική ενέργεια έχει επίσης τη δυνατότητα να λύσει τις πιεστικές ανάγκες ισχύος του πλανήτη.
Τα τελευταία χρόνια, πολλές ιδιωτικές εταιρείες μπήκαν στο ερευνητικό συγκρότημα, λόγω των εξελίξεων στην τεχνολογία και της κατανόησής μας για πράγματα όπως οι υπεραγωγοί. Η Google συνεργάστηκε πρόσφατα με εμπειρογνώμονες πυρηνικής σύντηξης για να αναπτύξει έναν αλγόριθμο για την επίλυση σύνθετων ενεργειακών προβλημάτων και το MIT δήλωσε πρόσφατα ότι η πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να είναι στο δίκτυο σε μόλις 15 χρόνια.
Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να έχουν ξεκλειδώσει ένα από τα μυστήρια της πυρηνικής σύντηξης κοιτάζοντας τα αστέρια που εκρήγνυνται. Η ομάδα, από τοΤο Κέντρο Πειραματικής Αστροφυσικής Έρευνας του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, εξέτασε πώς η θερμότητα παίζει ρόλο στον τρόπο με τον οποίο τα υλικά αναμιγνύονται κατά τη διάρκεια μιας σουπερνόβας - το σημείο του φωτός που δημιουργείται όταν ένα αστέρι φτάσει στο τέλος της ζωής του και εκραγεί. Αυτές οι εκρήξεις στέλνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, σε ορισμένες περιπτώσεις περισσότερο από ό, τι ο δικός μας ήλιος θα εκπέμψει καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής του.
Ο ρόλος που διαδραματίζει η θερμότητα σε τέτοιες αντιδράσεις σύντηξης στο διάστημα έχει παραβλεφθεί σε μεγάλο βαθμό και οι επιστήμονες προσπαθούν να μιμηθούν τέτοιες αντιδράσεις στη Γη για να βοηθήσουν στην ανακάλυψη της πυρηνικής ενέργειας. Αναμειγνύοντας διαφορετικά πλάσματα με διάφορα στοιχεία όπως ο σίδηρος, το ήλιο άνθρακα και το υδρογόνο σε εργαστηριακές συνθήκες, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι οι ροές ενέργειας προκαλούν την άνοδο και πτώση της θερμότητας, η οποία έχει σημαντική επίδραση στον τρόπο ανάμιξης των στοιχείων με πλάσματα. Αυτό δεν έχει εξεταστεί με αυτόν τον τρόπο, σε προηγούμενα πειράματα, και θα μπορούσε τελικά να κρατήσει το κλειδί για να καταστεί η πυρηνική σύντηξη πιο βιώσιμη στη Γη. Η έρευνα δημοσιεύεται στο Επικοινωνία φύσης.
Τι είναι η πυρηνική ενέργεια;
Ενώ η πυρηνική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να παρέχει στον άνθρωπο σχεδόν απεριόριστη ενέργεια, η φυσική πίσω από την πυρηνική ενέργεια περιλαμβάνει αλληλεπιδράσεις μεταξύ μερικών από τα πιο μικρά σωματίδια που μπορούν να φανταστούν. Στο κέντρο κάθε ατόμου στο σύμπαν βρίσκεται μια μικρή συλλογή πρωτονίων και νετρονίων που ονομάζεται πυρήνας. Ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα καθορίζει ποιο στοιχείο είναι το άτομο και ο πυρήνας αποτελεί την πλειοψηφία της μάζας αυτού του ατόμου.
Μέσα στον πυρήνα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συνδέονται μεταξύ τους από μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής που ονομάζονται ισχυρή δύναμη. Όπως υποδηλώνει το όνομά της, η ισχυρή δύναμη είναι η ισχυρότερη και από τις τέσσερις, αλλά λειτουργεί μόνο σε μικρές αποστάσεις - όπως αυτές μέσα σε έναν πυρήνα. Οι άλλοι είναιβαρυτική, ηλεκτρομαγνητική και αδύναμη. Αυτό το βίντεο περιγράφει τις διαφορές και πώς μας επηρεάζουν:
Τα άτομα είναι κυρίως κενός χώρος. Εάν ένα άτομο ήταν το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου, ο πυρήνας θα ήταν περίπου το μέγεθος μιας μύγας στη μέση του. Το άλλο μέρος ενός ατόμου είναι τα ηλεκτρόνια νέφους που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου, αλλά η ισχυρή δύναμη δεν ισχύει για τα ηλεκτρόνια. Αντίθετα δεσμεύονται από ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, καθώς έχουν αρνητικό φορτίο ενώ ο πυρήνας φορτίζεται θετικά.
Γενικά, η πυρηνική φυσική περιλαμβάνει τη δημιουργία ή τη διάσπαση ενός πυρήνα. Και οι δύο είναι διαδικασίες μέσω των οποίων χάνεται ένα μικρό κομμάτι μάζας και απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας.
Γιατί η πυρηνική ενέργεια είναι τόσο σημαντική;
Από τη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί προσπαθούν να μιμηθούν τη διαδικασία που τροφοδοτεί τον Ήλιο ελέγχοντας τη σύντηξη ατόμων υδρογόνου στο ήλιο. Το κλειδί για την αξιοποίηση αυτής της δύναμης είναι να περιοριστούν οι εξαιρετικά καυτές μπάλες αερίου υδρογόνου που ονομάζονται πλάσματα έως ότου η ποσότητα ενέργειας που βγαίνει από τις αντιδράσεις σύντηξης ισοδυναμεί με περισσότερο από ό, τι είχε εισαχθεί. Αυτό το σημείο είναι αυτό που οι ειδικοί της ενέργειας αποκαλούν breakakeven και, εάν μπορεί να επιτευχθεί, θα αποτελούσε μια τεχνολογική πρόοδο και θα μπορούσε να παρέχει μια απεριόριστη και άφθονη πηγή ενέργειας μηδενικού άνθρακα.
Πιθανότατα θα γνωρίζετε τη πιο διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν, E = mc ^ 2. Αυτό δηλώνει ότι η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται όταν χάνεται ένα μικρό κομμάτι μάζας είναι ίση με εκείνη της μάζας που πολλαπλασιάζεται με την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο. Η ταχύτητα του φωτός είναι ένας πολύ μεγάλος αριθμός.
Δείτε το σχετικό πλωτό εργοστάσιο πυρηνικής ενέργειας του Τσερνομπίλ της Ρωσίας, μόλις εγκατέλειψε το Faraday Challenge: Η κυβέρνηση θα επενδύσει 246 εκατομμύρια λίρες για να καταστήσει το Ηνωμένο Βασίλειο ηγέτη στην τεχνολογία μπαταριών Ο χάρτης πυρηνικών βομβών αποκαλύπτει πόσο πιθανό είναι να επιβιώσετε από μια πυρηνική επίθεση Τι είναι το Trident; Ο πυρηνικός αποτρεπτικός παράγοντας του Ηνωμένου Βασιλείου εξήγησε τις καταστροφές του Τσερνομπίλ και της Φουκουσίμα: Τι συμβαίνει στις ζώνες αποκλεισμού πυρηνικής ενέργειας όταν οι άνθρωποι φεύγουν;
Ο μικρότερος πυρήνας οποιουδήποτε στοιχείου αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο, που βρίσκεται σε άτομα υδρογόνου. Το υδρογόνο, μαζί με το ήλιο, το λίθιο και το βηρύλλιο είναι τα ελαφρύτερα στοιχεία του σύμπαντος που σημαίνει ότι δεν απαιτείται πολλή ενέργεια για να σχηματιστούν. Αυτά τα φωτεινά στοιχεία σχηματίστηκαν στην αρχή του σύμπαντος, όταν ήταν περίπου τρία λεπτά και αρκετά κρύα για να ενώσουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο τα πλάσματα υδρογόνου θεωρούνται ως η καλύτερη πηγή εξαγωγής πυρηνικής ενέργειας στη Γη.
Μετά από αυτά τα πρώτα τέσσερα στοιχεία, το σύμπαν χτύπησε σε έναν τοίχο. Χρειάστηκε περισσότερη ενέργεια για τα επόμενα 88 στοιχεία στον περιοδικό πίνακα, προκειμένου να ξεπεραστούν τα πρωτόνια που απωθούν το ένα το άλλο με τα θετικά τους φορτία και για αυτή την πυρηνική σύντηξη πρέπει να έρθει στο παιχνίδι.
Τι είναι λοιπόν η πυρηνική σύντηξη;
Σχεδόν όλα γύρω μας δημιουργήθηκαν μέσα σε ένα αστέρι. Τα αστέρια ξεκινούν με υδρογόνο, το οποίο συμπιέζονται μαζί για να σχηματίσουν ήλιο. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται, απελευθερώνοντας ενέργεια και θερμαίνοντας το αστέρι.
Αυτή είναι η αντίδραση, χρησιμοποιώντας το υδρογόνο ως καύσιμο, που οι επιστήμονες και οι ομάδες συμπαθούν εκείνεςΤΑΕ Τεχνολογίεςπροσπαθούν να μιμηθούν για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης. Όταν οι πυρήνες δευτερίου και τριτίου - που βρίσκονται σε υδρογόνο - συντήκονται, σχηματίζουν έναν πυρήνα ηλίου, ένα νετρόνιο και πολλή ενέργεια.
κάποιος με μπλόκαρε στο Facebook, αλλά μπορώ να τα δω ακόμα
Επειδή η πυρηνική σύντηξη απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας για να ξεκινήσει η αντίδραση, η διαδικασία έχει αποδειχθεί δύσκολο να αντιγραφεί στη Γη. Χρειάζεται τεράστια πίεση και θερμοκρασίες περίπου 150 εκατομμυρίων βαθμών για να συνδυαστούν τα άτομα σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης.
Όταν ένα αστέρι το μέγεθος του πυρήνα του ήλιου μας εξαντλείται από υδρογόνο (η πηγή καυσίμου του) αρχίζει να πεθαίνει. Το πεθαμένο αστέρι επεκτείνεται σε έναν κόκκινο γίγαντα και αρχίζει να παράγει άτομα άνθρακα με τη σύντηξη ατόμων ηλίου. Μεγαλύτερα αστέρια μπορούν να δημιουργήσουν βαρύτερα στοιχεία, από οξυγόνο έως σίδηρο, σε μια περαιτέρω σειρά πυρηνικής καύσης. Οτιδήποτε βαρύτερο από το σίδηρο δημιουργείται σε μια σουπερνόβα, η τεράστια έκρηξη στο τέλος μιας τεράστιας ζωής του αστεριού.
Πώς σχετίζεται η πυρηνική σύντηξη με την πυρηνική σχάση;
Η πυρηνική ενέργεια, όπως τη γνωρίζουμε στη Γη, χρησιμοποιεί μια διαφορετική πυρηνική αντίδραση, που ονομάζεται σχάση.
Όταν τα στοιχεία αρχίζουν να διαστέλλονται, όπως το ουράνιο ή το πλουτώνιο, με περισσότερα πρωτόνια και νετρόνια μέσα στον πυρήνα, είναι δυνατόν να τα διασπάσουν σε μικρότερα στοιχεία χτυπώντας τα με νετρόνια. Αυτό οδηγεί επίσης σε αλλαγή μάζας, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας.
Το πρόβλημα έγκειται στα λεγόμενα υποπροϊόντα των αντιδράσεων. Αυτές οι ουσίες είναι εξαιρετικά ραδιενεργές, καθιστώντας τις εξαιρετικά επικίνδυνες και αυτό είναι το πιο σημαντικό μειονέκτημα της πυρηνικής ενέργειας.
Τα ραδιενεργά απόβλητα πρέπει να αντιμετωπίζονται απίστευτα προσεκτικά και ο καλύτερος τρόπος που έχουμε σήμερα για να το ξεφορτωθούμε είναι να ταφεί βαθιά υπόγεια. Αλλά καθιστά τους πυρηνικούς αντιδραστήρες επικίνδυνα μέρη και καταστροφές στις οποίες έχουν διαρρεύσει ραδιενεργά απόβλητα έχουν προκαλέσει τρομερές συνέπειες, όπως η καταστροφή στο Τσερνομπίλ το 1986 και η Φουκουσίμα.
Ποιες εταιρείες εργάζονται για την πυρηνική σύντηξη;
ΜΕ
Σε συνεργασία με την ιδιωτική εταιρεία Commonwealth Fusion Systems, οι ερευνητές του MIT επινόησαν πρόσφατα μια νέα γενιά πειραμάτων σύντηξης και μονάδων παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιώντας υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας. Αν και δεν έχει ακόμη πραγματοποιηθεί, η συνεργασία στοχεύει στη δημιουργία μιας συμπαγούς συσκευής που ονομάζεται SPARC.
Μόλις οι υπεραγωγοί ηλεκτρομαγνήτες για SPARC έχουν αναπτυχθεί, αναμένεται να είναι εντός των επόμενων τριών ετών, το SPARC θα τα χρησιμοποιήσει για την παραγωγή 100 εκατομμυρίων βατ, ή 100 μεγαβάτ (MW) ισχύος σύντηξης. Παρόλο που δεν θα μετατρέψει αυτή τη θερμότητα σε ηλεκτρισμό, θα παράγει τόση ισχύ που χρησιμοποιείται από μια μικρή πόλη - περισσότερες από δύο φορές που χρησιμοποίησε για τη θέρμανση του πλάσματος, δημιουργώντας τελικά μια θετική καθαρή ενέργεια από τη σύντηξη για πρώτη φορά. Εάν επιτύχει, αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στη δημιουργία ενός πρωτοτύπου ενός εργοστασίου σύντηξης σε πλήρη κλίμακα και να θέσει τον κόσμο στο δρόμο προς την πυρηνική σύντηξη σε μόλις 15 χρόνια.
Αυτή η έρευνα προκύπτει από την εργασία που πραγματοποιείται από την Google και τηνΤΑΕ Τεχνολογίες, η οποία αποκαλείται η μεγαλύτερη ιδιωτική εταιρεία σύντηξης στον κόσμο και η γιγαντιαία μηχανή ιονισμένου πλάσματος C2-U. Η Google δημιούργησε έναν αλγόριθμο που έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει τα πειράματα στη φυσική του πλάσματος και ο απώτερος στόχος της Tri Alpha Energy, όπως και η CFS, είναι να κατασκευάσει τον πρώτο εμπορικό σταθμό παραγωγής ενέργειας που βασίζεται σε σύντηξη. Όσο γρηγορότερα μπορεί να ολοκληρώσει τα πειράματα, τόσο πιο γρήγορα και φθηνότερα μπορεί να επιτύχει αυτόν τον στόχο και να μετακινήσει τον κόσμο προς μια πιο βιώσιμη, καθαρή πηγή ενέργειας.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΟΜΕΝΟ: Επιβίωση από πυρηνική επίθεση
Η αυξημένη έρευνα του ιδιωτικού τομέα για την πυρηνική σύντηξη αντικατοπτρίζει το τεράστιο βραβείο που διακυβεύεται - έναν άφθονο, περιβαλλοντικά υπεύθυνο και ασφαλή νέο τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθηγητής Ian Chapman, Διευθύνων Σύμβουλος της Βρετανικής Αρχής Ατομικής Ενέργειας είπε .
Προκειμένου να πραγματοποιηθούν τέτοιου είδους πειράματα, το πλάσμα - εξαιρετικά καυτές μπάλες αερίου - πρέπει να περιοριστεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα.ΤΑΕ Τεχνολογίεςπεριορίζει αυτά τα πλάσματα χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται διαμόρφωση πεδίου το οποίο προβλέπεται να γίνει πιο σταθερό καθώς αυξάνεται η ενέργεια, σε αντίθεση με άλλες μεθόδους όπου τα πλάσματα δυσκολεύονται να ελεγχθούν καθώς τα θερμαίνετε.
ΤΑΕ Τεχνολογίες »Το C-2U ωθεί αυτά τα πειράματα στο όριο του πόσο ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να εφαρμοστεί για την παραγωγή και τον περιορισμό του πλάσματος σε τόσο μικρό χώρο σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα. Η βελτιστοποίηση των ρυθμίσεών της (το μηχάνημα έχει περισσότερα από 1.000 κουμπιά) και η διαχείριση της συμπεριφοράς του πλάσματος είναι ένα πολύπλοκο πρόβλημα και εδώ έρχεται ο Αλγόριθμος Optometrist της Google.
Ως ανώτερος μηχανικός λογισμικού προσωπικού της Google, Ted Baltz εξηγεί , η μηχανή C-2U εκτελεί πλάσμα πλάσματος κάθε οκτώ λεπτά και κάθε διαδρομή περιλαμβάνει τη δημιουργία δύο περιστρεφόμενων σταγόνων πλάσματος στο κενό του C-2U. Αυτές οι σταγόνες συνθλίβονται μαζί με περισσότερα από 600.000 μίλια την ώρα για να δημιουργήσουν μια μεγαλύτερη, πιο καυτή, περιστρεφόμενη μπάλα πλάσματος.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΟΜΕΝΟ: Τι είναι ένας αλγόριθμος ;
Στη συνέχεια, η μπάλα του πλάσματος χτυπιέται συνεχώς με δέσμες σωματιδίων από ουδέτερα άτομα υδρογόνου για να τη διατηρεί περιστρεφόμενη. Τα μαγνητικά πεδία κρατούν την περιστρεφόμενη μπάλα για 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Το Google αλγόριθμος παίρνει όλες τις παραμέτρους από τον αριθμό των ρυθμίσεων στην ποιότητα του κενού και της σταθερότητας των ηλεκτρονίων για να παρουσιάσει στους φυσικούς του ανθρώπου λύσεις.
Πώς λειτουργούν οι πυρηνικές βόμβες;
Οι ΗΠΑ ήταν η πρώτη χώρα που ανέπτυξε πυρηνικά όπλα, ακολουθούμενη από τη Ρωσία το 1949. Από το 2016, εκτιμάται ότι οι ΗΠΑ έχουν περίπου 7.000 πυρηνικές κεφαλές, συμπεριλαμβανομένων των συνταξιούχων, αποθηκευμένων και χρησιμοποιούμενων όπλων. Η Ρωσία λέγεται ότι έχει περίπου 7,300 κεφαλές, η Γαλλία έχει περίπου 300 και το Ηνωμένο Βασίλειο έχει 215. Η Βόρεια Κορέα, που θεωρείται ως μια από τις σημαντικότερες πυρηνικές απειλές της σύγχρονης εποχής, έχει άγνωστο αριθμό συσκευών, αν και οι εκτιμήσεις υπολογίζουν τον αριθμό σε περίπου 10 .
Όλα τα πυρηνικά όπλα χρησιμοποιούν σχάση για να δημιουργήσουν τις καταστροφικές εκρήξεις τους. Τα πρώτα όπλα, συμπεριλαμβανομένου του Μικρού αγοριού που έπεσε στη Χιροσίμα κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, δημιούργησαν την κρίσιμη μάζα που απαιτείται για να ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης απόπυροβολώντας έναν κοίλο κύλινδρο ουρανίου-235 σε έναν στόχο κατασκευασμένο από το ίδιο υλικό.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ: Τι είναι μια βόμβα υδρογόνου;
Αυτή η τεχνική έχει προχωρήσει τα τελευταία χρόνια και, στα σύγχρονα όπλα, η κρίσιμη μάζα εξαρτάται από την πυκνότητα του υλικού. Αυτά τα όπλα πυροδοτούν χημικά εκρηκτικά γύρω από το λεγόμενο λάκκο ουρανίου-235 ή πλουτωνίου-239 μετάλλου. Αυτά τα ισότοπα είναι τα πιο κοινά στοιχεία που μπορούν να περάσουν από σχάση. Το ουράνιο και το πλουτώνιο βρίσκονται και τα δύο φυσικά σε αποθέματα ορυκτών, αν και σε μικρές ποσότητες (λιγότερο από 1% στην περίπτωση του ουρανίου και ακόμη λιγότερο για το πλουτώνιο) που σημαίνει ότι πρέπει να παρασκευαστούν. Πρόκειται για μια δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία και αποτελεί το κύριο εμπόδιο για την πιο ελεύθερη κατασκευή πυρηνικών βομβών.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΟΜΕΝΟ: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας βόμβας υδρογόνου και μιας ατομικής βόμβας;
Τα παράθυρα 10 δεν μπορούν να ανοίξουν το μενού έναρξης
Στις σύγχρονες πυρηνικές εκρήξεις, η έκρηξη φυσά προς τα μέσα, αναγκάζοντας τα άτομα στο λάκκο μαζί. Μόλις επιτευχθεί κρίσιμη μάζα, τα νετρόνια χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης η οποία, με τη σειρά της, δημιουργεί την ατομική έκρηξη. Τα όπλα θερμοπυρηνικής σύντηξης χρησιμοποιούν την ενέργεια από την έκρηξη σχάσης για να αναγκάσουν τα ισότοπα υδρογόνου να δημιουργήσουν μια βολίδα που πλησιάζει θερμοκρασίες τόσο ζεστές όσο ο ήλιος.
