Hogyan működik „a fúziós erő”, és életképes lesz-e valaha?

Ha továbbra is fajként haladunk és egyre több energiát fogyasztunk fejenként, akkor az emberi energiatermelésnek csak két lehetséges végpontja van, és mindkettő fúzió. Vagy kitaláljuk, hogyan szívhatjuk fel és használhatjuk fel a Földre hulló energia nagy részét naprendszerünk hatalmas, távoli fúziós reakciójából (napenergia), vagy kitaláljuk, hogyan lehet itt létrehozni és fenntartani kisebb, könnyebben kezelhető fúziós reakciókat a Földön (fúziós erő). Mindkét esetben azt az energiát, amely esetleg a Föld teljes népességét jóval meghaladhatja a modern világ első életmódján, magának az univerzumnak a felépítése tartalmazza.

Első elv: Az anyag és az energia egymással felcserélhető, és bizonyos filozófiai értelemben alapvetően teljesen ugyanaz. Einstein volt az, aki először matematikai formába öntötte ezt az elképzelést: Az energia megegyezik a tömeg sebességének és a fénysebességének a négyzetével (E = mckettő). Ne feledje, hogy c, a fénysebesség, véges szám, tehát ckettő véges szám is - egy abszolút hatalmasegy. Tehát anélkül, hogy túl sok matematikai oktatásra lenne szükségünk, egy dolgot láthatunk rögtön: Ha ez az egyenlet helyes, akkor csak egy apró, apró anyag felel meg az egésznek, egész sok energia.

fúzió 2Vegyünk két protont (ezeket úgy gondolhatjuk, hogy az egy protonnal, hidrogénnel rendelkező elem magjai), és mérjük meg őket. Most egyesítse össze ezt a két különálló protont, hogy egyetlen két proton atomot (hélium magot) képezzen, és mérje meg újra ezt a terméket. Azt találja, hogy a fúziós termék súlya nagyon-nagyon, nagyon valamivel kevesebb, mint az egyes protonok, amelyek belementek. És mivel mindannyian tudjuk, hogy az anyag nem hozható létre vagy semmisíthető meg, egyetlen lehetséges magyarázat létezik: Ezt a végtelenül kis mennyiségű elveszett anyagot elképesztő mennyiségű energiává alakították át.



Elsősorban ez az energia szabadul fel hő formájában. Elvileg képesnek kell lennünk arra, hogy ezt az energiát ugyanúgy felhasználjuk, mint szinte minden más típusú hőforrást: Forraljunk vizet gőz készítéséhez, hogy turbinát fordítsunk villamos energia előállítására. A probléma ennek a tényleges gyakorlati akadályoknak a leküzdése.

VADÁSZGÉP

Íme a tokamak az Egyesült Királyság JET fúziós laboratóriumában - az ITER-hez kötött változat kisebb változata

Az első probléma a fúziós erővel maga a fúzió: Hogyan csináljuk? Számos módszer létezik, de a legegyszerűbbek egyáltalán nem hasznosak az áramtermelés szempontjából; egy termonukleáris eszköz fúziós bombát indít el, például egy kis hasadási bomba robbanó erejének felhasználásával, de a hidrogén-tüzelőanyag-pellet nukleáris bombázása csak nem fenntartható lehetőség az áramtermelés számára. Másrészt már biztonságosan és megbízhatóan kényszeríthetjük az egyes atomok fúzióját a nagy teljesítményű részecskegyorsítókban, de csak két egyedi atom egybeolvasztása nem fogja felszabadítani a szükséges energiamennyiséget. A részecskegyorsító mindenesetre nem alkalmas a hő kinyerésére.

A röntgen

Az X-Ray „Z Machine” a Sandia National Labs fúziós problémáit tanulmányozza.

Tehát a fúzió létrehozásának kihívása két nagy gondolkodásmódhoz vezetett: Vagy egyszerű fizikai erővel használjuk a hidrogénminta összeomlását olyan erőteljesen és gyorsan, hogy a középpontban lévő atomok összeolvadjanak (ún.tehetetlenségi bezártság), vagy nagy teljesítményű mágneseket használunk a hidrogénminta tárolására, miközben tovább melegítjük, hogy egyszerű energiabevitel révén fúziót hozzunk létre (ún. mágneses bezárás). A tehetetlenségi bezárásnak high-tech lézerek elemeivel vagy akár hatalmas mechanikus kalapácsokkal kell létrehoznia implozív erejét, míg a mágneses bezáráshoz ugyanolyan finnyás és drága mágneses tokamak berendezések szükségesek.

Mindkét esetben a kihívás valójában nem a fúzió létrehozása, hanem fenntartása. Az első általunk létrehozott fúziós reakciónak elegendő energiát kell felszabadítania, és ezt oly módon kell végrehajtania, hogy további fúziós reakciókat idézzen elő a mintában, amelyek viszont több fúziós reakciót okoznak stb. Ez alapvetően az a lépcsőzetes reakció, amely kontrollálatlanul folytatódik egy termonukleáris bombában, de ezúttal olyan formában, amely ellenőrizhető - főleg azért, mert olyan üzemanyag-pelletben fordul elő, amely csak körülbelül egy milliomod részét nyomja meg annak, amelyet hidrogénbombába töltünk.

Atomerőmű

Jelenleg a fúziós energiával kapcsolatos sémákat alapvetően ugyanazon a helyen tartják: a fúziós reakcióból több energiát nyerünk, mint amennyit be kell szúrnunk ahhoz, hogy ezt a reakciót tovább tudjuk tartani. Másképp fogalmazva, a kihívás az, hogy megtanulják, hogyan lehet fúziót létrehozni elég kevés energia érdekében ban benhogy az energiát kapjukkitovábbra is felhasználható valamilyen nettó mennyiségű villamos energia előállítására. Minden modern kutatóreaktor képes fúziót létrehozni, és a legtöbb még fenntartani is tudja bizonyos mértékig, de ehhez mindannyiuknak sokkal több áramot kell elköltenie, mint amennyit fúziós reakciójuk valaha is felhasználhatna.

Egy lézer alapú (inerciális) megközelítés igazgatta hogy több energiát nyerjen egy fúziós reakcióból, mint a fúziós üzemanyag bevitteazonban a fúziós üzemanyag csak egy töredékét vette be az általa lőtt lézerenergia teljes mennyiségének - ez még mindig nagy mérföldkő, de a kettő közül csak egyet kell átadniuk az első joule nettó villamos energia előállításához.

Ez nem lenne jó

Ez nem jelentene problémát a fúzióval ...

Ha valaha is működtetnénk, a fúziós energia előnyei óriásiak lennének. A fúziós energia tüzelőanyagként hidrogén izotópjait használja fel, amelyeket nem szükséges a földtől bányászni. Nem bocsát ki levegőben lévő szenet vagy egyéb légköri szennyező anyagot. A fúziós üzem nem termelne hosszú élettartamú mérgező melléktermékeket, amelyekre ártalmatlanításra lenne szükség.

A hasadási reaktorhoz hasonlóan a fúziós reaktorokat is erősen árnyékolni kellene a reakció által előidézett sugárzás befogadására, de a hasadási reaktorral ellentétben nem kellene túl sokat aggódnunk a robbanások miatt. A fúzió létrehozásához használt nehéz hidrogén izotópok eredendően nem nagyon radioaktívak, ha éppen ott ülnek, mint az urán, a plutónium és a tórium, ezért nem kell annyira aggódnunk, ha véletlenül néhány kilométeres körzetbe borulnak. A trícium kissé veszélyes lehet, ha levegőn, ételen vagy vízen keresztül jut be a szervezetbe, de felezési ideje a testben nagyon rövid, és csak a krónikus expozíció okozhat valódi orvosi problémákat.

Tehát továbbra is reménykedünk a fúziós áttörésekben. Szinte végtelen bőség forrása lehet az emberiség számára. Még nem tudjuk, mennyibe kerülhet egy végső reaktor építése, vagy mennyire alacsonyan tudjuk hozni az üzemanyag-előállítás költségeit. De csak mi emberek tanulhatunk meg csillagot tartani háziállatként, és ezt a lehető legolcsóbban.

Tekintse meg az 2007es.com magyarázataink sorozatát, ahol a mai legforróbb technológiai témákról olvashat részletesebben.

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com