Kada branduolinė sintezė nutrauks naftos ir dujų verslą.

Šis Kalėdų metas yra padėkos ir vilties metas už daromus mokslo šuolius:

Pirma, Princas Williamas, įkūręs „Earthshots“ prizą, paskelbė apdovanojimus Bostone 2022. Viena kategorija buvo vadinama Atgaivinkite mūsų vandenynus. Nugalėtoja buvo grupė, pavadinta Didžiojo barjerinio rifo vietinės moterys. Rifas buvo puolamas, o nugalėtojai yra įsipareigoję jį ginti. Jie stengiasi apsaugoti paplūdimius ir vėžlius bei išsaugoti jūržoles, kurios surenka dešimt kartų daugiau CO2 nei Amazonės miškai. Jie kovoja su senovės aborigenų žiniomis ir naudoja šiuolaikinius įrankius, tokius kaip dronai, norėdami stebėti rifo pokyčius koraluose ir vidaus krūmų gaisrus.

Antra, 20 metų JAV Energetikos departamentas finansavo mažo modulinio branduolinio reaktoriaus (SMR), vadinamo NuScale Power Module, koncepciją ir plėtrą. Saugesnis, pigesnis, keičiamo dydžio ir be anglies yra privalumai. Tai vienintelis SMR, gavęs Branduolinės reguliavimo komisijos (NRC) projekto patvirtinimą. Mažiau nei 100 pėdų aukščio modulis yra 15 pėdų pločio cilindras, kuris yra vandens vonioje žemiau žemės lygio. Jis gali pagaminti 77 megavatus elektros energijos, kuri gali aprūpinti 60,000 2029 namų. Tikslas – iki XNUMX m. pradėti veikti Aidaho mieste.

Trečia, medicinos įstaiga turi a proveržis gydant tam tikras vėžio formas. Šis metodas pašalina T-ląsteles, kurios yra imuninės sistemos, kovojančios su vėžiu, dalis, iš organizmo, kad jas genetiškai modifikuotų, naudojant CRISPR techniką, ir vėl sušvirkščiama į organizmą kaip „gyvąjį vaistą“. Naudojant CRISPR, T-ląsteles galima tiksliai sureguliuoti ir padaryti mirtinesnes atakuojant tam tikras vėžio ląsteles.

Šios „parduodamos“ T ląstelės gali būti greitai pagamintos dideliais kiekiais naudojant CRISPR, o ne laukti prieš kelias savaites ar mėnesius. 12 m. gruodžio 2022 d. daktaras McGuirkas iš Kanzaso universiteto paskelbė stebėtinai gerus bandymų rezultatus ir atvėrė naujas duris vėžio gydymui: 67 limfomos vėžiu sergančių pacientų navikų sumažėjo 32 proc. 40% pacientų pasiekė visišką remisiją. Yra didelis entuziazmas, kad šis metodas gali išgydyti daugelį kitų vėžio formų.

Ketvirta – branduolių sintezės proveržis, kuris yra gana stulbinantis.

Branduolinės sintezės proveržis.

Praėjusiame amžiuje, didžiausiame fizikos amžiuje, vienas iš atradimų buvo branduolio dalijimasis. Kai sunkusis atomas, pvz., plutonis, skyla, maža masės dalis prarandama ir vėl pasirodo kaip didžiulis energijos kiekis, nes E = mc^2, kur c yra šviesos greitis ir labai didelis skaičius.

Grasindama, kad Vokietija, remdamasi šia reakcija, sukurs grandininės reakcijos bombą, JAV vyriausybė skyrė didžiules lėšas, kad būtų pagaminta dalijimosi bomba Los Alamose, Naujojoje Meksikoje, netoli nuo mano gyvenamosios vietos. Jis buvo išbandytas Baltųjų Smilčių dykumoje į pietus nuo Albukerkės ir galiausiai panaudotas karui su Japonija užbaigti.

Komercinis pritaikymas greitai paskatino tinklo dydžio branduolinius reaktorius įvairiose šalyse. Kai kuriems pavyko – Prancūzija 70 % elektros energijos gauna iš 56 branduolinių reaktorių, o JAV – apie 20 % energijos iš 93 branduolinių reaktorių.

Tačiau sėkmė yra nelengva, kai įvyksta baisios avarijos, tokios kaip Černobylis (Rusija) 1986 m. ir Fukušima (Japonija) 2011 m., ir nuolatinis nerimas dėl branduolinių atliekų šalinimo JAV.

Seserinė branduolinė reakcija yra tada, kai du vandenilio branduoliai, įveikdami atstumiančias jėgas, yra priversti susijungti į helią ir vėl išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Tai buvo JAV vandenilinių bombų bandymų Pietų Ramiojo vandenyno regione (Bikinio atole) pagrindas šeštajame dešimtmetyje prieš 1950 m. bandymų draudimo sutartį.

Branduolinės sintezės komercinis pritaikymas buvo ieškomas dešimtmečius nuo to laiko. Pavyzdžiui, viena veikla yra įsikūrusi Sandia National Laboratories Albuquerque mieste, kur karštą įkrautą plazmą riboja elektriniai laukai. Idėja buvo apriboti, suspausti ir šildyti plazmą (energijos įvedimas), kol vandenilio branduoliai susijungs (energijos išleidimas). Tačiau energijos įėjimas visada buvo didesnis nei energijos išleidimas.

Kita komercinė programa buvo skirta Lawrence'o Livermore laboratorijoje Kalifornijos San Francisko įlankos rajone. Čia Buvo panaudoti 192 lazeriai apriboti, suspausti ir šildyti plazmą, susprogdinant 1 milijono dolerių vertės mišrių vandenilio izotopų granules. Rezultatai visada buvo tokie patys – iki šiol. Paskelbta savaitę, pasibaigusią 16 m. gruodžio 2022 d., energijos išeikvojimas (3.1 megadžaulio) pirmą kartą buvo didesnis nei energijos suvartojimas (2.1 megadžaulio). Tai tikras proveržis. Pasiekta temperatūra siekė 3 milijonus laipsnių C.

Pažvelgus į tai perspektyvoje.

Pirma, energijos įvedimas ir išjungimas yra per paprastas, nes norint įjungti lazerius reikia daug daugiau energijos: 400 megadžaulių. Žr. 1 nuorodą.

Antra, sėkmės istorija buvo tik apie vieną įvykį – vieną sintezės uždegimą. Norint būti praktiškai praktiškai prireiktų daugybės sintezės įvykių per minutę ir tūkstančius kartų galingesnio lazerio. Be to, kaina turėtų būti milijoną kartų pigesnė (1 nuoroda). Žodžiu, ši sėkmė, nors ir įkvepianti, nė iš tolo neprilygsta net įsivaizduojamam praktiniam pritaikymui.

Taigi jis nėra pigus ir nepraktiškas, bet gamintų didelio intensyvumo energiją ir nebūtų anglies.

Branduolio dalijimosi energija yra milijoną kartų galingesnis nei bet kuris kitas energijos šaltinis žemėje. Ir tai yra didelė priežastis, kodėl tokiose šalyse kaip Prancūzija ir JAV buvo investuojama į dešimtis atominių elektrinių.

Branduolio sintezė sukuria 3–4 kartus daugiau energijos nei branduolio dalijimasis. Tai viena svajonės dalių. Kita sintezės svajonės dalis yra ta, kad nėra branduolinių atliekų, kurias būtų galima šalinti – atliekų, kurioms suirti gali prireikti šimtų ar tūkstančių metų. Trečia dalis yra tai, kad sintezė nėra grandininė reakcija, todėl pavojaus, kad gali kilti branduolinės reakcijos ir sprogimai, nėra.

Kadangi elektros energijos gamyba yra atsakinga už maždaug trečdalį pasaulinių šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų, paskutinė svajonės dalis yra branduolinės sintezės jėgainės, pabarstytos visoje šalyje, kad būtų tiekiama didelio intensyvumo anglies nenaudojanti elektros energija.

Tačiau atminkite, kad tai tik sapnas. Nepaisant savo privalumų, branduolių sintezė be anglies nepanaikins naftos ir dujų pramonės iki 2050 m. ir galbūt net iki 2100 m.

Išsinešti.

Žmonija atkartojo saulės šviesos ir šilumos šaltinį. Esant maždaug 15 milijonų laipsnių C, dujinis saulės vidus suspaudžiamas esant didžiuliam slėgiui – arbatinis šaukštelis sveria 750 g arba 1.65 svaro. Laboratorijoje atkartoti saulės vidines sąlygas ir pasiekti lūžio (energijos išeikvojama daugiau nei įtekama energija). ) yra įspūdingas žygdarbis.

Tačiau branduolių sintezė nė iš tolo neprilygsta komerciniam pritaikymui.

Taigi kodėl mes išleidžiame didelius pinigus tai tirdami? Nes taip daro pažangios šalys. Jie stato teleskopus, tokius kaip Jamesas Webbas, ir montuoja juos ant palydovų, kad galėtų tyrinėti visatą. Jie stato raketas, kad į Mėnulį patektų vyrai ir moterys. Jie stato magnetines lenktynių trasas, kad pagreitintų protonus iki šviesos greičio, kol jie susitrenkia, ir fragmentuose atskleidžia sunkiai suvokiamas subatomines daleles, tokias kaip Higso bozonas.

Politika vaidina didelį vaidmenį sprendžiant, kur paskirstyti valstybės paramą ir finansavimą mokslui. Laimei, kaip buvo pranešta aukščiau, yra daug pavyzdžių, kai šalys naudoja mokslą neatidėliotinoms problemoms, kurios tiesiogiai naudingos žmonijai, išspręsti.

1 nuoroda: Jeruzalės Demsas, Saulės galia, The Atlantic Daily, 16 m. gruodžio 2022 d.