Глобальная ядерная угроза усилилась в последние месяцы после заявлений о создании Северной Кореей ядерного оружия и угрозы президента Дональда Трампа опасному лидеру страны. Эскалация напряженности даже заставила Часы Судного дня приблизиться к полуночи.
Однако, несмотря на свой потенциал разрушить мир и поставить под угрозу само наше существование, ядерная энергия также может удовлетворить насущные потребности планеты в энергии.
В последние годы некоторые частные компании начали активно участвовать в исследованиях благодаря достижениям в технологиях и нашему пониманию таких вещей, как сверхпроводники. Google недавно объединился с экспертами по ядерному синтезу, чтобы разработать алгоритм для решения сложных энергетических проблем, и MIT недавно заявил, что ядерный синтез может появиться в сети всего через 15 лет.
Совсем недавно ученые полагают, что они, возможно, раскрыли одну из загадок ядерного синтеза, глядя на взрывающиеся звезды. Команда изГруппа Центра лазерных экспериментальных астрофизических исследований Мичиганского университета изучала, как тепло играет роль в способе смешивания материалов во время сверхновых - точки света, возникающей, когда звезда достигает конца своей жизни и взрывается. Эти взрывы испускают огромное количество энергии, в некоторых случаях больше, чем наше собственное Солнце выделяет за всю свою жизнь.
Роль тепла в таких реакциях термоядерного синтеза в космосе в значительной степени игнорировалась, и ученые пытались имитировать такие реакции на Земле, чтобы способствовать прорыву в ядерной энергии. Смешивая разную плазму с различными элементами, включая железо, углерод, гелий и водород, в лабораторных условиях, исследователи смогли установить, что потоки энергии вызывают повышение и понижение тепла, что оказывает значительное влияние на то, как элементы смешиваются с окружающей средой. плазма. Это не рассматривалось таким образом в предыдущих экспериментах и могло, наконец, стать ключом к тому, чтобы сделать ядерный синтез более устойчивым на Земле. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Что такое ядерная энергия?
В то время как ядерная энергия может обеспечить людей почти безграничной энергией, физика, лежащая в основе ядерной энергии, включает взаимодействие между некоторыми из мельчайших частиц, которые только можно вообразить. В центре каждого атома во Вселенной находится крошечный набор протонов и нейтронов, называемый ядром. Число протонов и нейтронов в ядре определяет, каким элементом является атом, а ядро составляет большую часть массы этого атома.
Внутри ядра протоны и нейтроны связаны одной из четырех фундаментальных сил в физике, называемой сильной силой. Как следует из названия, сильное взаимодействие является самым сильным из всех четырех, но оно работает только на небольших расстояниях - например, внутри ядра. Остальныегравитационный, электромагнитный и слабый. В этом видео описываются различия и их влияние на нас:
Атомы - это в основном пустое пространство. Если бы атом был размером с футбольный стадион, ядро в его середине было бы размером с муху. Другая часть атома - это электронное облако, вращающееся вокруг ядра атома, но это сильное взаимодействие не распространяется на электроны. Вместо этого они связаны электромагнитными силами, поскольку имеют отрицательный заряд, в то время как ядро заряжено положительно.
Вообще говоря, ядерная физика предполагает создание или разрушение ядра. Оба эти процесса приводят к потере крошечной массы и высвобождению огромного количества энергии.
Почему ядерная энергетика так важна?
С 1950-х годов физики пытались имитировать процесс, приводящий в действие Солнце, контролируя синтез атомов водорода в гелий. Ключ к использованию этой способности - удерживать сверхгорячие шары газообразного водорода, называемые плазмой, до тех пор, пока количество энергии, выходящей из реакций синтеза, не станет равным количеству энергии, которое было вложено. Это то, что эксперты в области энергетики называют безубыточностью и, если это возможно Будучи достигнутым, это станет технологическим прорывом и может стать неограниченным и обильным источником энергии с нулевым выбросом углерода.
Вы, вероятно, знаете самое известное уравнение Эйнштейна E = mc ^ 2. Это означает, что количество энергии, высвобождаемой при потере крошечной массы, равно этой массе, умноженной на квадрат скорости света. Скорость света - довольно большое число.
См. По теме Российская плавучая Чернобыльская атомная электростанция только что отправилась в плавание Вызов Фарадея: правительство инвестирует 246 миллионов фунтов стерлингов, чтобы сделать Великобританию лидером в области аккумуляторных технологий Карта ядерной бомбы показывает, насколько вероятно, что вы переживете ядерную атаку. Что такое трезубец? Ядерное сдерживание Великобритании объяснило катастрофы на Чернобыле и Фукусиме: что происходит с зонами ядерного отчуждения, когда люди уезжают?
Наименьшее ядро любого элемента состоит из одного протона, содержащегося в атомах водорода. Водород, наряду с гелием, литием и бериллием, являются самыми легкими элементами во Вселенной, что означает, что для их образования не требуется много энергии. Эти легкие элементы сформировались в самом начале существования Вселенной, когда ей было около трех минут и они были достаточно холодными, чтобы протоны и нейтроны связались вместе. Это одна из причин, почему водородная плазма считается лучшим источником ядерной энергии на Земле.
После этих первых четырех элементов вселенная ударилась о стену. Следующим 88 элементам в периодической таблице требовалось больше энергии, чтобы преодолеть отталкивание протонов друг от друга своими положительными зарядами, и для этого должен вступить в игру ядерный синтез.
Так что же такое ядерный синтез?
Практически все вокруг нас создано внутри звезды. Звезды начинаются с водорода, который они сжимают вместе, образуя гелий. Этот процесс продолжается, высвобождая энергию и нагревая звезду.
Это реакция с использованием водорода в качестве топлива, которую ученые и группы, подобные тем,TAE Technologiesпытаются имитировать достижение ядерной термоядерной энергии. Когда ядра дейтерия и трития, которые можно найти в водороде, сливаются, они образуют ядро гелия, нейтрон и много энергии.
добавление номеров страниц в google docs
Поскольку ядерный синтез требует огромного количества энергии для запуска реакций, оказалось, что этот процесс трудно скопировать на Земле. Чтобы заставить атомы объединиться в термоядерном реакторе, требуется огромное давление и температура около 150 миллионов градусов.
Когда у звезды размером с ядро нашего Солнца заканчивается водород (его источник топлива), она начинает умирать. Умирающая звезда превращается в красного гиганта и начинает производить атомы углерода путем слияния атомов гелия. Более крупные звезды могут создавать более тяжелые элементы, от кислорода до железа, в следующей серии ядерных горений. Все, что тяжелее железа, создается сверхновой, гигантским взрывом в конце жизни массивной звезды.
Как ядерный синтез соотносится с ядерным делением?
Ядерная энергия, как мы ее знаем на Земле, использует другую ядерную реакцию, называемую делением.
Когда элементы начинают расширяться, такие как уран или плутоний, с большим количеством протонов и нейтронов, упакованных внутри ядра, их можно снова разбить на более мелкие элементы, поражая их нейтронами. Это также приводит к изменению массы и высвобождению огромного количества энергии.
Проблема заключается в так называемых побочных продуктах реакций. Эти вещества очень радиоактивны, что делает их невероятно опасными, и это самый значительный недостаток ядерной энергии.
С радиоактивными отходами нужно обращаться очень осторожно, и лучший способ избавиться от них в настоящее время - закопать их глубоко под землей. Но это делает ядерные реакторы опасными местами, а катастрофы, в результате которых произошла утечка радиоактивных отходов, вызвали ужасные последствия, такие как катастрофа в Чернобыле в 1986 году и на Фукусиме.
Какие компании работают над ядерным синтезом?
С УЧАСТИЕМ
Работая с частной фирмой Commonwealth Fusion Systems, исследователи из Массачусетского технологического института недавно разработали новое поколение термоядерных экспериментов и электростанций, использующих высокотемпературные сверхпроводники. Партнерство еще не реализовано, но нацелено на создание компактного устройства под названием SPARC.
Когда-то сверхпроводящие электромагниты для SPARC были разработаны, как ожидается, в течение следующих трех лет, SPARC будет использовать их для выработки 100 миллионов ватт или 100 мегаватт (МВт) термоядерной энергии. Хотя он не превратит это тепло в электричество, он будет производить столько энергии, сколько использует небольшой город - более чем в два раза больше, чем используется для нагрева плазмы, что в конечном итоге впервые создает положительную чистую энергию от термоядерного синтеза. В случае успеха это может помочь создать полномасштабный прототип термоядерной электростанции и направить мир на путь ядерного синтеза всего за 15 лет.
Это исследование является продолжением работы, проделанной Google иTAE Technologies, которая называет себя крупнейшей в мире частной термоядерной компанией, и ее гигантскую ионизированную плазменную установку C2-U. Google разработал алгоритм, предназначенный для ускорения экспериментов по физике плазмы, и конечная цель Tri Alpha Energy, как и CFS, - построить первую коммерческую электростанцию на основе термоядерного синтеза. Чем быстрее он сможет завершить эксперименты, тем быстрее и дешевле он сможет достичь этой цели и приблизить мир к более устойчивому и чистому источнику энергии.
ЧИТАЙТЕ СЛЕДУЮЩИЙ: Пережить ядерную атаку
Расширение исследований в области ядерного синтеза в частном секторе отражает стоящий на кону огромный выигрыш - обильный, экологически ответственный и безопасный новый способ производства электроэнергии, - сказал профессор Ян Чепмен, генеральный директор Управления по атомной энергии Великобритании. сказал .
Для проведения подобных экспериментов плазму - сверхгорячие шарики газа - необходимо удерживать в течение длительного времени.TAE Technologiesограничивает эти плазмы с помощью метода, называемого конфигурация с обратным полем который, по прогнозам, станет более стабильным по мере увеличения энергии, в отличие от других методов, в которых плазму становится труднее контролировать по мере ее нагрева.
TAE Technologies »C-2U доводит эти эксперименты до предела того, сколько электроэнергии может быть применено для генерации и удержания плазмы в таком маленьком пространстве за такое короткое время. Оптимизация настроек (у аппарата более 1000 кнопок) и управление поведением плазмы - сложная задача, и именно здесь на помощь приходит алгоритм оптометриста от Google.
Как заявил старший инженер-программист Google Тед Бальц объясняет , машина C-2U запускает плазменный выстрел каждые восемь минут, и каждый запуск включает создание двух вращающихся шариков плазмы внутри вакуума C-2U. Эти капли сталкиваются друг с другом со скоростью более 600 000 миль в час, образуя более крупный и горячий вращающийся шар плазмы.
ЧИТАЙТЕ СЛЕДУЮЩИЙ: Что такое алгоритм ?
Затем на плазменный шар непрерывно воздействуют пучки частиц, состоящие из нейтральных атомов водорода, чтобы он продолжал вращаться. Магнитные поля удерживают вращающийся шар до 10 миллисекунд. Google алгоритм принимает все параметры, от количества настроек до качества вакуума и стабильности электронов, чтобы предоставить физикам-физикам решения.
Как работают ядерные бомбы?
США были первой страной, разработавшей ядерное оружие, за ними последовала Россия в 1949 году. По оценкам, по состоянию на 2016 год у США было около 7000 ядерных боеголовок, включая списанное, хранящееся и развернутое оружие. Говорят, что у России около 7300 боеголовок, у Франции - около 300, а у Великобритании - 215. Северная Корея, рассматриваемая как одна из самых серьезных ядерных угроз современности, имеет неизвестное количество устройств, хотя по оценкам их количество составляет около 10. .
Все ядерные боеприпасы используют деление для создания разрушительных взрывов. Раннее оружие, в том числе «Маленький мальчик», сброшенное на Хиросиму во время Второй мировой войны, создало критическую массу, необходимую для запуска цепной реакции деления.стрельба из полого баллона из урана-235 по цели из того же материала.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Что такое водородная бомба?
Этот метод получил развитие в последние годы, и в современном оружии критическая масса зависит от плотности материала. Это оружие взрывает химические взрывчатые вещества вокруг так называемой ямы с металлическим ураном-235 или плутонием-239. Эти изотопы являются наиболее распространенными элементами, способными к делению. Уран и плутоний в природе встречаются в месторождениях полезных ископаемых, хотя и в незначительных количествах (менее 1% в случае урана и еще меньше для плутония), что означает, что их необходимо производить. Это дорогостоящий и трудоемкий процесс, который является основным препятствием для более свободного создания ядерных бомб.
ЧИТАЙТЕ СЛЕДУЮЩИЙ: В чем разница между водородной бомбой и атомной бомбой?
как использовать фонарик при дневном свете
В современных ядерных взрывах взрыв дует внутрь, заставляя атомы в яме вместе. После достижения критической массы нейтроны используются для создания цепной реакции деления, которая, в свою очередь, вызывает атомный взрыв. Оружие термоядерного синтеза использует энергию взрыва деления, чтобы объединить изотопы водорода, создавая огненный шар, температура которого приближается к температуре, такой же горячей, как солнце.
