Inovatívne projekty využívajúce moderné supravodiče čoskoro umožnia riadenú termonukleárnu fúziu, tvrdia niektorí optimisti. Odborníci však predpovedajú, že praktická aplikácia bude trvať niekoľko desaťročí.
Prečo je to také ťažké?
Energia jadrovej syntézy sa považuje za potenciálny zdroj energie pre budúcnosť. Toto je čistá energia atómu. Ale čo to je a prečo je také ťažké to dosiahnuť? Na začiatok musíme pochopiť rozdiel medzi klasickým jadrovým štiepením a termonukleárnou fúziou.
Štepenie atómu nastáva, keď sa rádioaktívne izotopy - urán alebo plutónium - štiepia a premieňajú na iné vysoko rádioaktívne izotopy, ktoré sa potom musia pochovať alebo recyklovať.
Fúzna reakcia spočíva v tom, že dva izotopy vodíka – deutérium a trícium – splynú do jedného celku, pričom vznikne netoxické hélium a jeden neutrón, pričom nevznikne rádioaktívny odpad.
Problém s ovládaním
Reakcie, ktorévyskytujú sa na Slnku alebo vo vodíkovej bombe – ide o termonukleárnu fúziu a inžinieri stoja pred neľahkou úlohou – ako tento proces v elektrárni kontrolovať?
To je niečo, na čom vedci pracujú už od 60. rokov minulého storočia. Ďalší experimentálny fúzny reaktor s názvom Wendelstein 7-X spustil prevádzku v severonemeckom meste Greifswald. Zatiaľ nie je navrhnutý tak, aby vyvolal reakciu - je to len špeciálny dizajn, ktorý sa testuje (stelarátor namiesto tokamaku).
Vysokoenergetická plazma
Všetky termonukleárne zariadenia majú spoločnú vlastnosť – prstencový tvar. Je založený na myšlienke použitia výkonných elektromagnetov na vytvorenie silného elektromagnetického poľa v tvare torusu - nafúknutej bicyklovej duše.
Toto elektromagnetické pole musí byť také husté, že keď sa zohreje v mikrovlnnej rúre na milión stupňov Celzia, v samom strede prstenca sa musí objaviť plazma. Potom sa zapáli, aby sa mohla začať fúzia.
Ukážka možností
V Európe práve prebiehajú dva takéto experimenty. Jedným z nich je Wendelstein 7-X, ktorý nedávno vytvoril svoju prvú héliovú plazmu. Druhým je ITER, obrovské experimentálne jadrové zariadenie na juhu Francúzska, ktoré je stále vo výstavbe a bude pripravené na spustenie v roku 2023.
Predpokladá sa, že skutočné jadrové reakcie nastanú v ITER, avšak až vna krátku dobu a určite nie dlhšie ako 60 minút. Tento reaktor je len jedným z mnohých krokov k tomu, aby sa jadrová fúzia stala realitou.
Fúzny reaktor: menší a výkonnejší
Nedávno niekoľko dizajnérov oznámilo nový dizajn reaktora. Podľa skupiny študentov z Massachusettského technologického inštitútu, ako aj predstaviteľov zbrojárskej spoločnosti Lockheed Martin, sa fúzia dá uskutočniť v zariadeniach, ktoré sú oveľa výkonnejšie a menšie ako ITER, a sú pripravení to urobiť do desiatich. rokov.
Myšlienkou nového dizajnu je použitie moderných vysokoteplotných supravodičov v elektromagnetoch, ktoré prejavujú svoje vlastnosti pri chladení tekutým dusíkom, a nie konvenčných, ktoré vyžadujú tekuté hélium. Nová, flexibilnejšia technológia umožní úplné prerobenie reaktora.
Klaus Hesch, ktorý má na starosti technológiu jadrovej fúzie na Technologickom inštitúte v Karlsruhe v juhozápadnom Nemecku, je skeptický. Podporuje použitie nových vysokoteplotných supravodičov pre nové konštrukcie reaktorov. Vyvinúť niečo na počítači s prihliadnutím na fyzikálne zákony však podľa neho nestačí. Je potrebné vziať do úvahy výzvy, ktoré vznikajú pri uvádzaní nápadu do praxe.
Sci-fi
Podľa Hesha model študenta MIT ukazuje iba možnosť projektu. Ale v skutočnosti je to veľa sci-fi. Projektnaznačuje, že vážne technické problémy jadrovej syntézy boli vyriešené. Moderná veda však netuší, ako ich vyriešiť.
Jedným z takýchto problémov je myšlienka skladacích cievok. Elektromagnety môžu byť demontované, aby sa dostali do prstenca, ktorý drží plazmu v dizajnovom modeli MIT.
To by bolo veľmi užitočné, pretože by ste mohli získať prístup k objektom v internom systéme a nahradiť ich. Ale v skutočnosti sú supravodiče vyrobené z keramického materiálu. Stovky z nich musia byť sofistikovaným spôsobom prepletené, aby vytvorili správne magnetické pole. A tu sú zásadnejšie ťažkosti: spojenia medzi nimi nie sú také jednoduché ako spojenia medených káblov. Nikto ešte ani len nepomyslel na koncepty, ktoré by pomohli vyriešiť takéto problémy.
Príliš horúce
Problémom je aj vysoká teplota. V jadre fúznej plazmy dosiahne teplota asi 150 miliónov stupňov Celzia. Toto extrémne teplo zostáva na svojom mieste – priamo v strede ionizovaného plynu. Ale aj okolo nej je stále veľmi horúco - od 500 do 700 stupňov v zóne reaktora, čo je vnútorná vrstva kovovej rúry, v ktorej sa bude "reprodukovať" trícium potrebné na jadrovú fúziu
Fúzny reaktor má ešte väčší problém – takzvané uvoľnenie energie. Ide o časť systému, ktorá prijíma použité palivo, najmä hélium, z procesu fúzie. najprvkovové komponenty, do ktorých vstupuje horúci plyn, sa nazývajú "divertory". Môže sa zahriať na viac ako 2000 °C.
Problém s odvádzačom
Aby rastlina odolala týmto teplotám, inžinieri sa pokúšajú použiť kovový volfrám používaný v staromódnych žiarovkách. Teplota topenia volfrámu je asi 3000 stupňov. Existujú však aj ďalšie obmedzenia.
V ITERe sa to dá urobiť, pretože zahrievanie v ňom neprebieha neustále. Predpokladá sa, že reaktor bude v prevádzke len 1-3 % času. Ale to nie je možnosť pre elektráreň, ktorá musí bežať 24 hodín denne, 7 dní v týždni. A ak niekto tvrdí, že je schopný postaviť menší reaktor s rovnakým výkonom ako ITER, dá sa s istotou povedať, že nemá riešenie problému divertoru.
Elektráreň o niekoľko desaťročí
Vedci sú napriek tomu optimistickí, pokiaľ ide o vývoj termonukleárnych reaktorov, no nebude taký rýchly, ako niektorí nadšenci predpovedajú.
ITER by mal ukázať, že riadená fúzia môže skutočne produkovať viac energie, než by sa minulo na ohrev plazmy. Ďalším krokom je vybudovanie úplne novej hybridnej demonštračnej elektrárne, ktorá skutočne vyrába elektrinu.
Inžinieri už pracujú na jeho dizajne. Budú sa musieť poučiť z ITER, ktorého spustenie je naplánované na rok 2023. Vzhľadom na čas potrebný na návrh, plánovanie a výstavbu sa zdáje nepravdepodobné, že prvá fúzna elektráreň bude spustená oveľa skôr ako v polovici 21. storočia.
Rossi Cold Fusion
V roku 2014 nezávislý test reaktora E-Cat dospel k záveru, že zariadenie vyprodukovalo v priemere 2 800 wattov výkonu počas 32 dní so spotrebou 900 wattov. To je viac, ako je schopná izolovať akákoľvek chemická reakcia. Výsledok hovorí buď o prielomu v termonukleárnej fúzii, alebo o priamom podvode. Správa sklamala skeptikov, ktorí pochybujú, či bol test skutočne nezávislý, a naznačujú možné falšovanie výsledkov testu. Iní boli zaneprázdnení zisťovaním „tajných ingrediencií“, ktoré umožňujú Rossiho fúzii replikovať technológiu.
Rossi je podvodník?
Andrea je impozantná. Proklamácie do sveta publikuje v jedinečnej angličtine v sekcii komentárov na svojej webovej stránke, prefíkane nazývanej Journal of Nuclear Physics. Jeho predchádzajúce neúspešné pokusy však zahŕňali taliansky projekt premeny odpadu na palivo a termoelektrický generátor. Projekt na energetické využitie odpadu Petroldragon zlyhal čiastočne aj preto, že nelegálne ukladanie odpadu kontroluje taliansky organizovaný zločin, ktorý naňho podal trestné oznámenia za porušenie predpisov o nakladaní s odpadom. Vytvoril tiež termoelektrické zariadenie pre americký armádny zbor inžinierov, ale počas testovania vyrobil gadget iba zlomok deklarovaného výkonu.
Mnohí neveria Rossimu a šéfredaktor New Energy Times ho bez okolkov nazval zločincom, ktorý má za sebou sériu neúspešných energetických projektov.
Nezávislé overenie
Rossi podpísal zmluvu s americkou spoločnosťou Industrial Heat na vykonanie ročného tajného testu 1-MW elektrárne na studenú fúziu. Tým zariadením bol prepravný kontajner naplnený desiatkami E-Cat. Experiment musela kontrolovať tretia strana, ktorá mohla potvrdiť, že k tvorbe tepla skutočne dochádza. Rossi tvrdí, že veľkú časť minulého roka strávil prakticky v kontajneri a dohliadal na operácie viac ako 16 hodín denne, aby dokázal komerčnú životaschopnosť E-Cat.
Test sa skončil v marci. Rossiho priaznivci netrpezlivo očakávali správu pozorovateľov a dúfali v oslobodenie svojho hrdinu. Ale nakoniec dostali žalobu.
Súdny spor
V podaní na súde na Floride Rossi tvrdí, že test bol úspešný a nezávislý rozhodca potvrdil, že reaktor E-Cat vyrába šesťkrát viac energie, ako spotrebuje. Tvrdil tiež, že spoločnosť Industrial Heat súhlasila s tým, že mu zaplatí 100 miliónov dolárov – 11,5 milióna dolárov vopred po 24-hodinovej skúške (zdanlivo za licenčné práva, aby spoločnosť mohla predať technológiu v USA) a ďalších 89 miliónov dolárov po úspešnom dokončení predĺženej skúšobná doba do 350 dní. Rossi obvinil IH z "podvodnej schémy"ktorej účelom bolo ukradnúť jeho duševné vlastníctvo. Spoločnosť tiež obvinil zo sprenevery reaktorov E-Cat, nezákonného kopírovania inovatívnych technológií a produktov, funkčnosti a dizajnu a zneužívania patentu na jeho duševné vlastníctvo.
Mine of Gold
Inde Rossi tvrdí, že na jednej z jeho demonštrácií dostal IH 50 – 60 miliónov dolárov od investorov a ďalších 200 miliónov dolárov z Číny po prehratí, na ktorom sa zúčastnili najvyšší čínski predstavitelia. Ak je to pravda, potom je v hre oveľa viac ako sto miliónov dolárov. Spoločnosť Industrial Heat tieto tvrdenia odmietla ako nepodložené a bude sa aktívne brániť. Ešte dôležitejšie je, že tvrdí, že „viac ako tri roky pracovala na potvrdení výsledkov, ktoré Rossi údajne dosiahol so svojou technológiou E-Cat, bez úspechu.“
IH neverí v E-Cat a New Energy Times nevidí dôvod pochybovať o tom. V júni 2011 navštívil predstaviteľ publikácie Taliansko, urobil rozhovor s Rossim a nakrútil ukážku jeho E-Cat. O deň neskôr oznámil svoje vážne obavy zo spôsobu merania tepelného výkonu. Po 6 dňoch zverejnil novinár svoje video na YouTube. Odborníci z celého sveta mu poslali rozbory, ktoré vyšli v júli. Bolo jasné, že ide o podvod.
Experimentálne potvrdenie
Viacero výskumníkov – Alexander Parkhomov z Ruskej univerzity priateľstva národov a projektu Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) –podarilo reprodukovať studenú termonukleárnu fúziu Ruska. Správa MFPM mala názov „Koniec uhlíkovej éry je blízko“. Dôvodom takéhoto obdivu bol objav výbuchu gama žiarenia, ktorý sa nedá vysvetliť inak ako termonukleárnou reakciou. Podľa výskumníkov má Rossi presne to, čo hovorí.
Životaschopný otvorený recept na studenú fúziu by mohol vyvolať energetickú zlatú horúčku. Možno nájsť alternatívne metódy, ako obísť Rossiho patenty a udržať ho mimo biznis s energiou v hodnote niekoľkých miliárd dolárov.
Takže možno by sa Rossi radšej tomuto potvrdeniu vyhýbal.
