Глобалната ядрена заплаха нарасна през последните месеци след твърденията, че Северна Корея изгражда ядрени оръжия и заплахата на президента Доналд Тръмп срещу опасния лидер на страната. Ескалиращото напрежение дори накара Часовника на Страшния съд да се премести по-близо до полунощ.
Въпреки потенциала си да унищожи света и да застраши самото ни съществуване, ядрената енергия също има потенциала да реши належащите нужди на планетата от енергия.
През последните години части от частни компании скачат в изследователската група поради напредъка в технологиите и разбирането ни за неща като свръхпроводници. Наскоро Google се обедини с експерти по ядрен синтез, за да разработи алгоритъм за решаване на сложни енергийни проблеми, а MIT наскоро заяви, че ядреният синтез може да бъде в мрежата само за 15 години.
Съвсем наскоро учените смятат, че може да са отключили една от загадките на ядрения синтез, като са гледали взривяващи се звезди. Екипът отГрупата на Центъра за лазерни експериментални астрофизични изследвания към Университета в Мичиган проучи как топлината играе роля в начина, по който материалите се смесват по време на свръхнови - светлинната точка, създадена, когато звездата достигне края на живота си и експлодира. Тези експлозии изпращат огромни количества енергия, в някои случаи повече, отколкото нашето собствено слънце ще излъчи през целия си живот.
Ролята, която топлината играе в подобни реакции на синтез в космоса, е пренебрегвана до голяма степен и учените се опитват да имитират такива реакции на Земята, за да подпомогнат пробивите в ядрената енергия. Чрез смесване на различни плазми с различни елементи, включително желязо, въглероден хелий и водород в лабораторни условия, изследователите са успели да установят, че потоците в енергията карат топлината да се покачва и спада, което има значително влияние върху това как елементите се смесват с плазми. Това не е било разглеждано по този начин в предишни експерименти и най-накрая би могло да съдържа ключът към направата на ядрения синтез по-устойчив на Земята. Изследването е публикувано в Nature Communications.
Какво е ядрена енергия?
Докато ядрената енергия има потенциала да осигури на хората почти неограничена енергия, физиката зад ядрената енергия включва взаимодействия между някои от най-малките частици, които можем да си представим. В центъра на всеки атом във Вселената се крие малка колекция от протони и неутрони, наречена ядро. Броят на протоните и неутроните в ядрото определя кой елемент е атомът и ядрото съставлява по-голямата част от масата на този атом.
Вътре в ядрото протоните и неутроните са свързани помежду си с една от четирите основни сили във физиката, наречена силна сила. Както подсказва името му, силната сила е най-силната от всичките четири, но работи само на малки разстояния - като тези вътре в ядрото. Останалите сагравитационно, електромагнитно и слабо. Това видео описва разликите и как те ни влияят:
Атомите са главно празно пространство. Ако атомът беше с размерите на футболен стадион, ядрото щеше да бъде приблизително с размерите на муха в средата му. Другата част на атома са облачните електрони, които обикалят около ядрото на атома, но силната сила не се прилага за електрони. Вместо това те са свързани с електромагнитни сили, тъй като имат отрицателен заряд, докато ядрото е заредено положително.
Най-общо казано, ядрената физика включва създаването или разрушаването на ядро. И двата са процеси, чрез които се губи малка част от масата и те отделят огромни количества енергия.
Защо ядрената енергия е толкова важна?
От 50-те години на миналия век физиците се опитват да имитират процеса, който задвижва Слънцето, като контролират сливането на водородни атоми в хелий. Ключът към овладяването на тази сила е да се ограничат свръхгорещите топчета от водороден газ, наречени плазми, докато количеството енергия, излизащо от реакциите на синтез, се изравни с повече, отколкото е било вложено. ако бъде постигнато, то би представлявало технологичен пробив и би могло да осигури неограничен и богат източник на енергия с нулев въглерод.
Вероятно ще сте наясно с най-известното уравнение на Айнщайн, E = mc ^ 2. Това гласи, че количеството енергия, освободено при загуба на малко бит маса, е равно на тази маса, умножена по скоростта на светлината на квадрат. Скоростта на светлината е доста огромен брой.
Вижте свързаната руска плаваща атомна електроцентрала в Чернобил току-що отплава Предизвикателство Фарадей: Правителството да инвестира 246 милиона британски лири, за да превърне Обединеното кралство в лидер в технологиите на батериите Картата на ядрените бомби разкрива колко вероятно е да оцелеете при ядрена атака Какво е Trident? Британският ядрен възпиращ фактор обясни бедствията в Чернобил и Фукушима: Какво се случва със зоните за ядрено изключване, когато хората напуснат?
Най-малкото ядро на всеки елемент се състои само от един протон, намиращ се в водородните атоми. Водородът, заедно с хелий, литий и берилий са най-леките елементи във Вселената, което означава, че за образуването им не е необходима много енергия. Тези леки елементи се образуват в самото начало на Вселената, когато тя е била на около три минути и е достатъчно студена, за да се свържат протоните и неутроните. Това е една от причините водородните плазми да се разглеждат като най-добрия източник за извличане на ядрена енергия на Земята.
След тези първи четири елемента Вселената се удари в стена. Необходима е повече енергия за следващите 88 елемента в периодичната таблица, за да се преодолеят протоните, които се отблъскват помежду си с техните положителни заряди, и за това трябва да влезе в сила ядреният синтез.
И така, какво е ядрен синтез?
Почти всичко около нас е създадено в звезда. Звездите започват с водород, който те изстискват, за да образуват хелий. Този процес продължава, освобождавайки енергия и загрява звездата.
Именно тази реакция, използваща водород като гориво, е тази, която учените и екипите харесватTAE Technologiesсе опитват да имитират, за да постигнат мощност на ядрен синтез. Когато ядрата на деутерий и тритий - които могат да бъдат намерени във водород - се сливат, те образуват хелиево ядро, неутрон и много енергия.
snapchat как да направите скрийншот, без те да знаят
Тъй като ядреният синтез изисква огромни количества енергия, за да започнат реакциите, процесът се оказа труден за копиране на Земята. Необходимо е огромно налягане и температури от около 150 милиона градуса, за да се получат атоми, които да се комбинират в реактор за синтез.
Когато една звезда с размерите на ядрото на нашето слънце свърши с водород (източник на гориво), тя започва да умира. Умиращата звезда се разширява в червен гигант и започва да произвежда въглеродни атоми чрез сливане на атоми на хелий. По-големите звезди могат да създадат по-тежки елементи, от кислород до желязо, в следваща серия от ядрено изгаряне. Всичко по-тежко от желязото се създава в свръхнова, гигантската експлозия в края на живота на масивна звезда.
Как ядреният синтез е свързан с ядрения делене?
Ядрената енергия, каквато я познаваме на Земята, използва различна ядрена реакция, наречена делене.
Когато елементите започнат да се разширяват, като уран или плутоний, с повече протони и неутрони, натъпкани вътре в ядрото, е възможно да ги разбият обратно на по-малки елементи, като ги ударят с неутрони. Това също води до промяна в масата, освобождавайки огромни количества енергия.
Проблемът се крие в така наречените вторични продукти от реакциите. Тези вещества са силно радиоактивни, което ги прави изключително опасни и това е най-значимият недостатък на ядрената енергия.
С радиоактивните отпадъци трябва да се борави изключително внимателно и най-добрият начин, по който имаме в момента да се отървем от тях, е погребването им дълбоко под земята. Но това прави ядрените реактори опасни места и бедствията, в които са изтекли радиоактивни отпадъци, са причинили ужасни последици, като бедствието в Чернобил през 1986 г. и Фукушима.
Кои компании работят по ядрен синтез?
С
Работейки с частна фирма Commonwealth Fusion Systems, изследователи от MIT наскоро разработиха ново поколение термоядрени експерименти и електроцентрали, използващи високотемпературни свръхпроводници. Въпреки че предстои да бъде реализирано, партньорството има за цел да изгради компактно устройство, наречено SPARC.
След като свръхпроводящите електромагнити за СПАРК са разработени, което се очаква да бъде в рамките на следващите три години, SPARC ще ги използва за генериране на 100 милиона вата или 100 мегавата (MW), синтезна мощност. Въпреки че няма да превърне тази топлина в електричество, тя ще произведе толкова енергия, колкото се използва от малък град - повече от два пъти, отколкото използвана за отопление на плазмата, в крайна сметка създавайки положителна нетна енергия от синтез за първи път. Ако успее, това може да помогне за създаването на мащабен прототип на термоядрена електроцентрала и само за 15 години да постави света на пътя към ядрения синтез.
Това изследване следва от работата, извършена от Google иTAE Technologies, която се нарича най-голямата частна компания за синтез в света и гигантската йонизирана плазмена машина C2-U. Google изгради алгоритъм, предназначен да ускори експериментите по физика на плазмата и крайната цел на Tri Alpha Energy, подобно на CFS, е да построи първата търговска електроцентрала, базирана на термоядрен синтез. Колкото по-бързо може да завърши експерименти, толкова по-бързо и по-евтино може да постигне тази цел и да насочи света към по-устойчив, чист енергиен източник.
ЧЕТЕТЕ СЛЕДВАЩО: Оцеляване при ядрена атака
Засилените изследвания в ядрения синтез в частния сектор отразяват огромната награда - изобилен, екологично отговорен и безопасен нов начин за производство на електричество, професор Ян Чапман, главен изпълнителен директор на Агенцията за атомна енергия на Обединеното кралство казах .
За да се правят експерименти от този вид, плазмата - ултра горещи топчета газ - трябва да бъде затворена за дълги периоди от време.TAE Technologiesограничава тези плазми, използвайки метод, наречен обърната в полето конфигурация което се предвижда да стане по-стабилно с увеличаване на енергията, за разлика от други методи, при които плазмите стават по-трудни за контрол, докато ги загрявате.
TAE Technologies ’C-2U избутва тези експерименти до границата на това колко електрическа мощност може да се приложи за генериране и ограничаване на плазмата в толкова малко пространство за толкова кратко време. Оптимизирането на настройките му (машината има повече от 1000 бутона) и управлението на поведението на плазмата е сложен проблем и тук се появява алгоритъмът на Google Optometrist.
Като старши софтуерен инженер на Google Тед Балц обяснява , машината C-2U пуска плазмен изстрел на всеки осем минути и всеки цикъл включва създаване на две въртящи се плазмени петна във вакуума на C-2U. Тези петна се разбиват заедно с повече от 600 000 мили в час, за да се създаде по-голяма, по-гореща, въртяща се топка плазма.
ПРОЧЕТЕТЕ СЛЕДВАЩО: Какво е алгоритъм ?
След това плазмената топка се удря непрекъснато с лъчи от частици, направени от неутрални водородни атоми, за да се върти. Магнитните полета задържат въртящата се топка за 10 милисекунди. Google алгоритъм взема всички параметри от броя на настройките до качеството на вакуума и стабилността на електроните, за да представи на човешките физици решения.
Как работят ядрените бомби?
САЩ бяха първата страна, която разработи ядрени оръжия, последвана от Русия през 1949 г. Към 2016 г. се смята, че САЩ разполагат с около 7 000 ядрени бойни глави, включително пенсионирани, складирани и разположени оръжия. Смята се, че Русия има около 7300 бойни глави, Франция има около 300, а Обединеното кралство има 215. Северна Корея, разглеждана като една от най-значимите ядрени заплахи в съвремието, има неизвестен брой устройства, въпреки че според оценките броят им е около 10 .
Всички ядрени оръжия използват делене, за да генерират своите опустошителни експлозии. Ранните оръжия, включително Малкото момче, хвърлено на Хирошима по време на Втората световна война, създадоха критичната маса, необходима за стартиране на верижна реакция на делене чрезизстрелване на кух цилиндър с уран-235 по мишена, направена от същия материал.
ПРОЧЕТЕТЕ ОЩЕ: Какво е водородна бомба?
Тази техника е напреднала през последните години и в съвременните оръжия критичната маса зависи от плътността на материала. Тези оръжия взривяват химически експлозиви около така наречената яма от уран-235 или плутоний-239 метал. Тези изотопи са най-често срещаните елементи, способни да преминат през делене. Уранът и плутонийът се намират естествено в минерални находища, макар и в малки количества (по-малко от 1% в случая на уран и още по-малко за плутоний), което означава, че те трябва да бъдат произведени. Това е скъп и отнемащ време процес и е основната бариера за по-свободното изграждане на ядрени бомби.
ПРОЧЕТЕТЕ СЛЕДВАЩО: Каква е разликата между водородна бомба и атомна бомба?
автоматично препраща текстови съобщения към имейл iphone
При съвременните ядрени експлозии взривът духа навътре, принуждавайки атомите в ямата заедно. След като се постигне критична маса, неутроните се използват за създаване на верижна реакция на делене, която от своя страна създава атомната експлозия. Термоядрените термоядрени оръжия използват енергията от експлозията на делене, за да принудят водородните изотопи заедно, създавайки огнена топка, която се доближава до температури, горещи като слънцето.
