Kai kurie optimistai teigia, kad naujoviški projektai, kuriuose naudojami šiuolaikiniai superlaidininkai, greitai leis valdyti termobranduolinę sintezę. Tačiau ekspertai prognozuoja, kad praktinis pritaikymas užtruks kelis dešimtmečius.
Kodėl taip sunku?
Susiliejimo energija laikoma potencialiu energijos š altiniu ateičiai. Tai gryna atomo energija. Bet kas tai yra ir kodėl taip sunku tai pasiekti? Pirmiausia turime suprasti skirtumą tarp klasikinio branduolių dalijimosi ir termobranduolinės sintezės.
Atomo dalijimasis įvyksta tada, kai radioaktyvieji izotopai – uranas arba plutonis – dalijasi ir virsta kitais labai radioaktyviais izotopais, kurie vėliau turi būti palaidoti arba perdirbti.
Susiliejimo reakcija susideda iš to, kad du vandenilio izotopai – deuteris ir tritis – susilieja į vieną visumą, sudarydami netoksišką helią ir vieną neutroną, nesusidarydami radioaktyviųjų atliekų.
Valdymo problema
Reakcijos į taiįvyksta Saulėje arba vandenilinėje bomboje – tai termobranduolinė sintezė, o inžinieriai susiduria su nelengva užduotimi – kaip valdyti šį procesą elektrinėje?
Šiuo klausimu mokslininkai dirbo nuo septintojo dešimtmečio. Šiaurės Vokietijos Greifsvaldo mieste pradėjo veikti kitas eksperimentinis branduolių sintezės reaktorius Wendelstein 7-X. Jis dar nėra sukurtas reakcijai sukelti – tai tik specialus dizainas, kuris yra išbandomas (stellaratorius vietoj tokamako).
Didelės energijos plazma
Visi termobranduoliniai įrenginiai turi bendrą bruožą – žiedinę formą. Jis pagrįstas idėja panaudoti galingus elektromagnetus, kad būtų sukurtas stiprus elektromagnetinis laukas, panašus į torą – pripūstą dviračio vamzdį.
Šis elektromagnetinis laukas turi būti toks tankus, kad jį įkaitinus mikrobangų krosnelėje iki vieno milijono laipsnių Celsijaus, pačiame žiedo centre turėtų atsirasti plazma. Tada jis uždegamas, kad prasidėtų sintezė.
Galimybių demonstravimas
Europoje šiuo metu vykdomi du tokie eksperimentai. Vienas iš jų yra Wendelstein 7-X, neseniai sukūręs pirmąją helio plazmą. Kitas yra ITER, didžiulis eksperimentinis branduolių sintezės įrenginys pietų Prancūzijoje, kuris vis dar statomas ir bus paruoštas pradėti veikti 2023 m.
Manoma, kad tikros branduolinės reakcijos įvyks ITER, tačiau tik mtrumpą laiką ir tikrai ne ilgiau kaip 60 minučių. Šis reaktorius yra tik vienas iš daugelio žingsnių siekiant branduolinės sintezės paversti realybe.
Susiliejimo reaktorius: mažesnis ir galingesnis
Neseniai keli dizaineriai paskelbė apie naują reaktoriaus konstrukciją. Grupės Masačusetso technologijos instituto studentų, taip pat ginklų kompanijos „Lockheed Martin“atstovų teigimu, branduolių sintezė gali būti vykdoma daug galingesniuose ir mažesniuose nei ITER įrenginiuose, o jie pasiruošę tai padaryti per dešimt. metų.
Naujojo dizaino idėja – elektromagnetuose naudoti modernius aukštos temperatūros superlaidininkus, kurie savo savybes parodo aušinant skystu azotu, o ne įprastus, kuriems reikalingas skystas helis. Nauja, lankstesnė technologija leis visiškai pertvarkyti reaktorių.
Klausas Heschas, atsakingas už branduolių sintezės technologiją Karlsrūhės technologijos institute pietvakarių Vokietijoje, žiūri skeptiškai. Tai palaiko naujų aukštos temperatūros superlaidininkų naudojimą naujoms reaktorių konstrukcijoms. Bet, anot jo, ką nors sukurti kompiuteriu, atsižvelgiant į fizikos dėsnius, neužtenka. Būtina atsižvelgti į iššūkius, kurie iškyla įgyvendinant idėją praktiškai.
Sci-fi
Pasak Hesh, MIT studento modelis parodo tik projekto galimybę. Bet iš tikrųjų tai yra daug mokslinės fantastikos. Projektasrodo, kad rimtos techninės sintezės problemos buvo išspręstos. Tačiau šiuolaikinis mokslas neįsivaizduoja, kaip juos išspręsti.
Viena iš tokių problemų yra sulankstomų ritinių idėja. Elektromagnetus galima išmontuoti, kad patektų į žiedą, kuriame laikoma MIT dizaino modelio plazma.
Tai būtų labai naudinga, nes būtų galima pasiekti vidinės sistemos objektus ir juos pakeisti. Tačiau iš tikrųjų superlaidininkai yra pagaminti iš keraminės medžiagos. Šimtai jų turi būti sudėtingai susipynę, kad susidarytų teisingas magnetinis laukas. Ir čia yra daugiau esminių sunkumų: jungtys tarp jų nėra tokios paprastos kaip varinių kabelių jungtys. Dar niekas net negalvojo apie koncepcijas, kurios padėtų išspręsti tokias problemas.
Per karšta
Aukšta temperatūra taip pat yra problema. Sintezės plazmos šerdyje temperatūra sieks apie 150 milijonų laipsnių Celsijaus. Šis ypatingas karštis išlieka vietoje – tiesiai jonizuotų dujų centre. Tačiau net ir aplink jį vis dar labai karšta – nuo 500 iki 700 laipsnių reaktoriaus zonoje, kuri yra vidinis metalinio vamzdžio sluoksnis, kuriame „atsidaugins“branduolių sintezei reikalingas tritis
Susiliejimo reaktorius turi dar didesnę problemą – vadinamąjį galios išleidimą. Tai yra sistemos dalis, kuri gauna panaudotą kurą, daugiausia helio, iš sintezės proceso. Pirmasmetaliniai komponentai, į kuriuos patenka karštos dujos, vadinami „divertoriais“. Jis gali įkaisti iki daugiau nei 2000°C.
Divertoriaus problema
Kad gamykla atlaikytų šią temperatūrą, inžinieriai bando naudoti metalinį volframą, naudojamą senamadiškose kaitrinėse lemputėse. Volframo lydymosi temperatūra yra apie 3000 laipsnių. Tačiau yra ir kitų apribojimų.
ITER tai galima padaryti, nes jame šildymas nevyksta nuolat. Daroma prielaida, kad reaktorius veiks tik 1-3 % laiko. Tačiau tai nėra pasirinkimas elektrinei, kuri turi veikti 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę. Ir jei kas nors teigia galintis pastatyti mažesnį reaktorių, kurio galia būtų tokia pati kaip ITER, galima drąsiai teigti, kad jis neturi sprendimo, kaip išspręsti divertoriaus problemą.
Elektrinė po kelių dešimtmečių
Vis dėlto mokslininkai optimistiškai žiūri į termobranduolinių reaktorių kūrimą, tačiau jis nebus toks greitas, kaip prognozuoja kai kurie entuziastai.
ITER turėtų parodyti, kad kontroliuojama sintezė iš tikrųjų gali pagaminti daugiau energijos, nei būtų išleista plazmai šildyti. Kitas žingsnis – pastatyti visiškai naują hibridinę demonstracinę elektrinę, kuri iš tikrųjų gamina elektrą.
Inžinieriai jau kuria jos dizainą. Jie turės pasimokyti iš ITER, kurį planuojama paleisti 2023 m. Atsižvelgiant į laiką, reikalingą projektavimui, planavimui ir statybai, atrodomažai tikėtina, kad pirmoji branduolių sintezės jėgainė bus paleista daug anksčiau nei XXI amžiaus viduryje.
Rossi Cold Fusion
2014 m. nepriklausomas E-Cat reaktoriaus bandymas parodė, kad prietaisas vidutiniškai pagamino 2 800 vatų galios per 32 dienas ir sunaudojo 900 vatų. Tai daugiau nei bet kokia cheminė reakcija gali išskirti. Rezultatas byloja arba apie proveržį termobranduolinės sintezės srityje, arba apie visišką sukčiavimą. Ataskaita nuvylė skeptikus, kurie abejoja, ar testas buvo tikrai nepriklausomas, ir siūlo galimą bandymo rezultatų klastojimą. Kiti buvo užsiėmę ieškodami „slaptų sudedamųjų dalių“, leidžiančių Rossi sintezei atkartoti technologiją.
Rossi yra sukčius?
Andrea yra įspūdinga. Jis skelbia skelbimus pasauliui unikalia anglų kalba savo svetainės, pretenzingai vadinamos Branduolinės fizikos žurnalu, komentarų skiltyje. Tačiau ankstesni nesėkmingi jo bandymai apėmė Italijos atliekų panaudojimo kurui projektą ir termoelektrinį generatorių. Atliekų panaudojimo energijai projektas „Petroldragon“iš dalies žlugo, nes nelegalų atliekų išmetimą kontroliuoja Italijos organizuotas nusikalstamumas, pateikęs jam baudžiamuosius k altinimus dėl atliekų tvarkymo taisyklių pažeidimo. Jis taip pat sukūrė termoelektrinį įrenginį JAV armijos inžinierių korpusui, tačiau bandymų metu įtaisas pagamino tik dalį deklaruotos galios.
Daugelis Rossi nepasitiki, o „New Energy Times“vyriausiasis redaktorius tiesiai šviesiai pavadino jį nusik altėliu, turinčiu virtinę nepavykusių energetikos projektų.
Nepriklausomas patvirtinimas
Rossi pasirašė sutartį su Amerikos įmone Industrial Heat atlikti slaptą metus trukusį 1 MW š alto sintezės jėgainės bandymą. Prietaisas buvo gabenimo konteineris, supakuotas su dešimtimis E-Cats. Eksperimentą turėjo kontroliuoti trečioji šalis, galinti patvirtinti, kad šiluma iš tiesų generuojasi. Rossi teigia, kad didžiąją praėjusių metų dalį praleido praktiškai gyvendamas konteineryje ir prižiūrėdamas operacijas daugiau nei 16 valandų per dieną, kad įrodytų E-Cat komercinį gyvybingumą.
Bandymas baigėsi kovo mėn. Rossi šalininkai nekantriai laukė stebėtojų pranešimo ir tikėjosi, kad jų herojus bus išteisintas. Bet galiausiai jie gavo ieškinį.
Bilinėjimasis
Floridos teisme Rossi teigia, kad bandymas buvo sėkmingas, o nepriklausomas arbitras patvirtino, kad E-Cat reaktorius pagamina šešis kartus daugiau energijos nei suvartoja. Jis taip pat tvirtino, kad „Industrial Heat“sutiko sumokėti jam 100 mln. USD – 11,5 mln. USD iš anksto po 24 valandas trukusio bandymo (neva už licencijavimo teises, kad bendrovė galėtų parduoti technologiją JAV) ir dar 89 mln. USD po sėkmingo pratęsimo. per 350 dienų. Rossi apk altino IH vykdant „sukčiavimo schemą“kurio tikslas buvo pavogti jo intelektinę nuosavybę. Jis taip pat apk altino bendrovę neteisėtu E-Cat reaktorių pasisavinimu, neteisėtu novatoriškų technologijų ir produktų, funkcionalumo ir dizaino kopijavimu bei piktnaudžiavimu jo intelektinės nuosavybės patentu.
Aukso kasykla
Kitur Rossi teigia, kad per vieną iš savo demonstracijų IH gavo 50–60 mln. USD iš investuotojų ir dar 200 mln. USD iš Kinijos po pakartojimo, kuriame dalyvavo aukščiausi Kinijos pareigūnai. Jei tai tiesa, tada rizikuojama daug daugiau nei šimtu milijonų dolerių. „Industrial Heat“šiuos teiginius atmetė kaip nepagrįstus ir ketina aktyviai gintis. Dar svarbiau yra tai, kad ji „dirbo daugiau nei trejus metus, kad patvirtintų rezultatus, kuriuos Rossi tariamai pasiekė naudodamas savo E-Cat technologiją, bet nesėkmingai“.
IH netiki „E-Cat“, o „New Energy Times“nemato pagrindo tuo abejoti. 2011 metų birželį leidinio atstovas lankėsi Italijoje, ėmė interviu Rossi ir nufilmavo jo E-Cat demonstraciją. Po dienos jis pranešė apie rimtą susirūpinimą dėl šiluminės galios matavimo metodo. Po 6 dienų žurnalistas paskelbė savo vaizdo įrašą „YouTube“. Ekspertai iš viso pasaulio jam atsiuntė analizes, kurios buvo paskelbtos liepos mėnesį. Tapo aišku, kad tai buvo apgaulė.
Eksperimentinis patvirtinimas
Tačiau daugelis tyrinėtojų – Aleksandras Parkhomovas iš Rusijos Tautų draugystės universiteto ir Martino Fleishmano memorialinio projekto (MFPM) –pavyko atgaminti š altąją Rusijos termobranduolinę sintezę. MFPM ataskaita buvo pavadinta „Anglies eros pabaiga yra arti“. Tokio susižavėjimo priežastis buvo gama spinduliuotės pliūpsnio atradimas, kurio negalima paaiškinti kitaip, kaip tik termobranduoline reakcija. Tyrėjų teigimu, Rossi turi būtent tai, ką sako.
Perspektyvus atviras š altosios sintezės receptas gali sukelti energijos aukso karštligę. Galima rasti alternatyvių metodų, kaip apeiti Rossi patentus ir neleisti jam patekti į kelių milijardų dolerių vertės energijos verslą.
Taigi galbūt Rossi norėtų vengti šio patvirtinimo.
