Globálna jadrová hrozba sa zvýšila v posledných mesiacoch po tvrdeniach, že Severná Kórea vyrába jadrové zbrane, a hrozbe prezidenta Donalda Trumpa proti nebezpečnému vodcovi krajiny. Zvyšujúce sa napätie dokonca spôsobilo, že sa hodiny Doomsday priblížili k polnoci.
Napriek svojmu potenciálu zničiť svet a ohroziť našu samotnú existenciu má však jadrová energia tiež potenciál na riešenie naliehavých energetických potrieb planéty.
V posledných rokoch naskočili do prieskumu veľké prúdy súkromných spoločností kvôli technologickému pokroku a nášmu chápaniu vecí, ako sú supravodiče. Google sa nedávno spojil s odborníkmi na jadrovú fúziu, aby vyvinuli algoritmus na riešenie zložitých energetických problémov. MIT nedávno uviedla, že jadrová fúzia by mohla byť v sieti len za 15 rokov.
Vedci sa v poslednej dobe domnievajú, že jedným z tajomstiev jadrovej fúzie mohli odhaliť pohľad na explodujúce hviezdy. Tím zSkupina Centra pre experimentálny laserový astrofyzikálny výskum na University of Michigan sa zaoberala otázkou, ako zohráva teplo úlohu v spôsobe miešania materiálov počas supernov - bodu svetla, ktorý vzniká, keď hviezda dosiahne koniec svojej životnosti a exploduje. Tieto explózie vysielajú obrovské množstvo energie, v niektorých prípadoch viac, ako vydá naše vlastné slnko počas celej životnosti.
Úloha tepla, ktorú zohráva pri takýchto fúznych reakciách vo vesmíre, bola do značnej miery prehliadnutá a vedci sa pokúšali napodobniť také reakcie na Zemi, aby pomohli prienikom k jadrovej energii. Zmiešaním rôznych plaziem s rôznymi prvkami vrátane železa, uhlíka, hélia a vodíka v laboratórnych podmienkach sa vedcom podarilo zistiť, že energetické toky spôsobujú, že teplo stúpa a klesá, čo má významný vplyv na to, ako sa tieto prvky zmiešajú s plazmy. Toto sa v predchádzajúcich experimentoch takto neuvažovalo a nakoniec by to mohlo byť kľúčom k tomu, aby sa jadrová fúzia stala na Zemi udržateľnejšou. Výskum je publikovaný v Komunikácia o prírode.
Čo je to jadrová energia?
Zatiaľ čo jadrová energia má potenciál poskytnúť ľuďom takmer neobmedzenú energiu, fyzika jadrovej energie zahŕňa interakcie medzi niektorými z najmenších predstaviteľných častíc. V strede každého atómu vo vesmíre leží malá zbierka protónov a neutrónov nazývaná jadro. Počet protónov a neutrónov v jadre určuje, ktorým prvkom je atóm, a jadro tvorí väčšinu jeho hmotnosti.
Vo vnútri jadra sú protóny a neutróny spojené jednou zo štyroch základných síl vo fyzike nazývaných silná sila. Ako napovedá jej názov, silná sila je najsilnejšia zo všetkých štyroch, ale funguje iba na malé vzdialenosti - ako tie vo vnútri jadra. Ostatné súgravitačné, elektromagnetické a slabé. Toto video popisuje rozdiely a ich dopad na nás:
Atómy sú hlavne prázdny priestor. Ak by atóm mal veľkosť futbalového štadióna, jadro by malo zhruba veľkosť mušky v jeho strede. Druhou časťou atómu sú oblačné elektróny obiehajúce okolo jadra atómu, ale silná sila na elektróny neplatí. Namiesto toho sú viazané elektromagnetickými silami, pretože majú negatívny náboj, zatiaľ čo jadro je pozitívne nabité.
Všeobecne povedané, jadrová fyzika zahŕňa výrobu alebo rozbitie jadra. Oba sú procesy, prostredníctvom ktorých sa stratí malý kúsok hmoty, a tieto uvoľňujú obrovské množstvo energie.
Prečo je jadrová energia taká dôležitá?
Od 50. rokov sa fyzici pokúšajú napodobniť proces poháňajúci Slnko riadením fúzie atómov vodíka do hélia. Kľúčom k využitiu tejto sily je obmedziť ultra-horúce guľôčky plynného vodíka nazývané plazmy, kým sa množstvo energie vychádzajúcej z fúznych reakcií nerovná väčšiemu množstvu, ako bolo vložené. Tento bod nazývajú odborníci na energiu zlomovým bodom a ak je to možné by to predstavovalo technologický prielom a mohlo by to poskytnúť neobmedzený a bohatý zdroj energie s nulovým obsahom uhlíka.
Pravdepodobne poznáte Einsteinovu najslávnejšiu rovnicu E = mc ^ 2. To znamená, že množstvo energie uvoľnenej pri strate malého množstva hmoty sa rovná hmotnosti vynásobenej druhou mocninou rýchlosti svetla. Rýchlosť svetla je dosť obrovské číslo.
Pozri súvisiace ruské plávajúce jadrové elektrárne v Černobyle práve vyplávali Faraday Výzva: Vláda investuje 246 miliónov libier do toho, aby sa Spojené kráľovstvo stalo lídrom v oblasti batériových technológií Mapa jadrovej bomby odhaľuje, aké je pravdepodobné, že prežijete jadrový útok Čo je Trident? Britský jadrový odstrašujúci prostriedok vysvetlil katastrofy v Černobyle a Fukušime: Čo sa stane s nukleárnymi vylúčenými zónami, keď ľudia odídu?
Najmenšie jadro ktoréhokoľvek prvku je tvorené iba jedným protónom, ktorý sa nachádza v atómoch vodíka. Vodík je spolu s héliom, lítiom a berýliom najľahšími prvkami vo vesmíre, čo znamená, že na ich formovanie nie je potrebné toľko energie. Tieto svetelné prvky sa sformovali na samom začiatku vesmíru, keď bolo asi tri minúty staré a dostatočne chladné na to, aby sa protóny a neutróny spojili. To je jeden z dôvodov, prečo sa vodíkové plazmy považujú za najlepší zdroj ťažby jadrovej energie na Zemi.
Po týchto prvých štyroch prvkoch narazil vesmír na múr. Pre ďalších 88 prvkov periodickej tabuľky bolo potrebných viac energie, aby sa prekonali protóny, ktoré sa navzájom odpudzujú svojimi kladnými nábojmi, a na to musí prísť v úvahu jadrová fúzia.
Čo je teda jadrová fúzia?
Takmer všetko okolo nás bolo stvorené vo vnútri hviezdy. Hviezdy začínajú vodíkom, ktorý spoločne stlačia a vytvoria hélium. Tento proces pokračuje, uvoľňuje energiu a zohrieva hviezdu.
Vedci a tímy majú radi túto reakciu, pri ktorej sa ako palivo používa vodíkTAE Technologiessa snažia napodobniť na dosiahnutie sily jadrovej fúzie. Keď sa spoja jadrá deutéria a trícia, ktoré sa nachádzajú vo vodíku, vytvárajú jadro hélia, neutrón a veľa energie.
ako vytvoriť neobrátený server
Pretože jadrová fúzia vyžaduje na spustenie reakcií obrovské množstvo energie, ukázalo sa, že tento proces je na Zemi ťažké kopírovať. Na to, aby sa atómy spojili vo fúznom reaktore, je potrebný obrovský tlak a teploty okolo 150 miliónov stupňov.
Keď hviezde o veľkosti nášho slnečného jadra dôjde vodík (zdroj paliva), začne zomierať. Umierajúca hviezda expanduje do červeného obra a spojením atómov hélia začne produkovať atómy uhlíka. Väčšie hviezdy môžu pri ďalšej sérii jadrového spaľovania vytvárať ťažšie prvky od kyslíka po železo. Všetko, čo je ťažšie ako železo, sa vytvorí v supernove, obrovskej explózii na konci života obrovskej hviezdy.
Ako súvisí jadrová fúzia s jadrovým štiepením?
Jadrová energia, ako ju poznáme na Zemi, využíva inú jadrovú reakciu, ktorá sa nazýva štiepenie.
Keď sa prvky začnú rozširovať, ako napríklad urán alebo plutónium, s väčším počtom protónov a neutrónov zabalených vo vnútri jadra, je možné ich rozdelením späť na menšie prvky zasiahnutím neutrónmi. To má tiež za následok zmenu hmotnosti, ktorá uvoľňuje obrovské množstvo energie.
Problém spočíva v takzvaných vedľajších produktoch reakcií. Tieto látky sú vysoko rádioaktívne, čo ich robí neuveriteľne nebezpečnými, čo je najdôležitejšou nevýhodou jadrovej energie.
S rádioaktívnym odpadom je potrebné zaobchádzať neuveriteľne opatrne a najlepším spôsobom, ako sa ho v súčasnosti zbaviť, je zakopať ho hlboko pod zem. Robí však jadrové reaktory nebezpečnými miestami a katastrofy, pri ktorých došlo k úniku rádioaktívneho odpadu, spôsobili katastrofálne následky, napríklad katastrofa v Černobyle v roku 1986 a Fukušima.
Ktoré spoločnosti pracujú na jadrovej fúzii?
S
Vedci z MIT v spolupráci so súkromnou firmou Fusion Systems Commonwealth nedávno vymysleli novú generáciu experimentov fúzie a elektrárne využívajúce vysokoteplotné supravodiče. Aj keď si partnerstvo ešte len uvedomí, jeho cieľom je vybudovať kompaktné zariadenie s názvom SPARC.
Akonáhle sú supravodivé elektromagnety pre SPARC boli vyvinuté a predpokladá sa, že budú v priebehu najbližších troch rokov, SPARC ich použije na generovanie 100 miliónov wattov alebo 100 megawattov (MW) fúznej energie. Aj keď to nezmení toto teplo na elektrinu, bude produkovať toľko energie, koľko spotrebuje malé mesto - viac ako dvojnásobok energie použitej na ohrev plazmy, čo v konečnom dôsledku po prvýkrát vytvorí pozitívnu čistú energiu z fúzie. Ak by to bolo úspešné, mohlo by to pomôcť vytvoriť úplný prototyp fúznej elektrárne a za pouhých 15 rokov nasmerovať svet na cestu jadrovej fúzie.
Tento výskum nadväzuje na prácu vykonanú spoločnosťami Google aTAE Technologies, ktorá si hovorí najväčšia súkromná fúzna spoločnosť na svete, a jej obrovský ionizačný plazmový prístroj C2-U. Google vytvoril algoritmus určený na urýchlenie experimentov vo fyzike plazmy a hlavným cieľom spoločnosti Tri Alpha Energy, podobne ako v prípade CFS, je vybudovanie prvej komerčnej elektrárne založenej na syntéze. Čím rýchlejšie môže dokončiť experimenty, tým rýchlejšie a lacnejšie môže dosiahnuť tento cieľ a posunúť svet k udržateľnejšiemu a čistejšiemu zdroju energie.
ČÍTAJTE ĎALŠIE: Prežiť jadrový útok
Intenzívnejší výskum jadrovej fúzie v súkromnom sektore odráža obrovskú cenu, o ktorú ide - bohatý, ekologický a bezpečný nový spôsob výroby elektriny, profesor Ian Chapman, výkonný riaditeľ Úradu pre atómovú energiu vo Veľkej Británii povedal .
Na uskutočnenie experimentov tohto druhu je potrebné plazmu - veľmi horúce plynové guľky - dlho uzavrieť.TAE Technologiesobmedzuje tieto plazmy pomocou metódy zvanej konfigurácia s opačným poľom o ktorej sa predpokladá, že bude stabilnejšia pri zvyšovaní energie, na rozdiel od iných metód, pri ktorých sa plazmy pri zahrievaní ťažšie ovládajú.
TAE Technologies “C-2U posúva tieto experimenty na hranicu toho, koľko elektrickej energie je možné použiť na generovanie a obmedzenie plazmy v takom malom priestore za taký krátky čas. Optimalizácia jeho nastavení (prístroj má viac ako 1 000 tlačidiel) a správa správania plazmy je zložitý problém, a tu prichádza na rad optometristický algoritmus spoločnosti Google.
Ako vedúci softvérový inžinier spoločnosti Google Ted Baltz vysvetľuje , prístroj C-2U spúšťa plazmový nástrel každých osem minút a každý chod zahrnuje vytvorenie dvoch rotujúcich blobov plazmy vo vákuu C-2U. Tieto guľôčky sú narazené rýchlosťou viac ako 600 000 míľ za hodinu, aby vytvorili väčšiu, horúcejšiu a rotujúcu guľu plazmy.
PREČÍTAJTE SI ĎALŠIE: Čo je to algoritmus ?
Guľa plazmy je potom nepretržite zasiahnutá lúčmi častíc vyrobenými z neutrálnych atómov vodíka, aby sa udržala v rotácii. Magnetické polia udržia rotujúcu guľu tak dlho ako 10 milisekúnd. Google algoritmus trvá všetky parametre od počtu nastavení až po kvalitu vákua a stabilitu elektrónov, aby prinieslo ľudským fyzikom riešenia.
Ako fungujú jadrové bomby?
USA boli prvou krajinou, ktorá vyvinula jadrové zbrane, nasledovanou Ruskom v roku 1949. Od roku 2016 sa odhaduje, že USA majú okolo 7 000 jadrových hlavíc vrátane vyradených, uskladnených a nasadených zbraní. Rusko má údajne okolo 7 300 hlavíc, Francúzsko má okolo 300 a Spojené kráľovstvo má 215. Severná Kórea, ktorá je považovaná za jednu z najvýznamnejších jadrových hrozieb modernej doby, má neznámy počet zariadení, hoci podľa odhadov je ich počet okolo 10 .
Všetky jadrové zbrane využívajú štiepenie na vytváranie svojich ničivých výbuchov. Včasné zbrane, vrátane malého chlapca spadnutého na Hirošimu počas druhej svetovej vojny, vytvorili kritické množstvo potrebné na naštartovanie štiepnej reťazovej reakciestreľba z dutého valca uránu-235 na cieľ vyrobený z rovnakého materiálu.
ČÍTAJ VIAC: Čo je to vodíková bomba?
Táto technika v posledných rokoch pokročila a pri súčasných zbraniach závisí kritické množstvo od hustoty materiálu. Tieto zbrane odpaľujú chemické výbušniny okolo takzvanej jamy s obsahom uránu-235 alebo plutónia-239. Tieto izotopy sú najbežnejším prvkom schopným prejsť štiepením. Urán aj plutónium sa prirodzene nachádzajú v ložiskách minerálov, aj keď v malom množstve (menej ako 1% v prípade uránu a ešte menej v prípade plutónia), čo znamená, že je potrebné ich vyrobiť. Toto je nákladný a časovo náročný proces a je hlavnou prekážkou slobodnejšieho budovania jadrových bômb.
PREČÍTAJTE SI ĎALŠIE: Aký je rozdiel medzi vodíkovou bombou a atómovou bombou?
kam sa dostal môj zoznam na netflix
Pri moderných jadrových výbuchoch výbuch fúka dovnútra a núti atómy v jame k sebe. Po dosiahnutí kritického množstva sa neutróny použijú na vytvorenie štiepnej reťazovej reakcie, ktorá následne vytvorí atómovú explóziu. Zbrane na báze termonukleárnej fúzie využívajú energiu z štiepnej explózie na to, aby prinútili izotopy vodíka spolu vytvoriť ohnivú guľu, ktorá sa blíži teplotám horúcim ako slnko.
