Kedy jadrová fúzia vyradí ropu a plyn z podnikania

Toto vianočné obdobie je časom vďaky a nádeje za impozantné skoky vo vede, ktoré sa robia:

Po prvé, Princ William, ktorý založil cenu Earthshots, vyhlásil ceny v Bostone v roku 2022. Jedna kategória bola tzv Oživte naše oceány. Víťazom sa stala skupina tzv Domorodé ženy z Veľkej koralovej bariéry. Útes bol pod útokom a víťazi sú odhodlaní brániť ho. Pracujú na ochrane pláží a korytnačiek a zachovávajú morskú trávu, ktorá zachytáva desaťkrát viac CO2 ako amazonské pralesy. Bojujú so starodávnymi domorodými vedomosťami a používajú moderné nástroje, ako sú drony, na sledovanie zmien útesov v koralových a vnútrozemských požiaroch.

Po druhé, Ministerstvo energetiky USA už 20 rokov financuje koncepciu a vývoj malého modulárneho jadrového reaktora (SMR) s názvom NuScale Power Module. Výhody sú bezpečnejšie, lacnejšie, škálovateľné a bez obsahu uhlíka. Je to jediný SMR, ktorý získal schválenie návrhu od Komisie jadrového dozoru (NRC). Menej ako 100 stôp vysoký modul je 15 stôp široký valec, ktorý sedí vo vodnom kúpeli pod úrovňou zeme. Dokáže vyrobiť 77 megawattov elektriny, ktorá dokáže poháňať 60,000 2029 domácností. Cieľom je začať fungovať v Idahu do roku XNUMX.

Po tretie, zdravotnícke zariadenie má a prelom v liečbe niektorých druhov rakoviny. Metóda odoberá T-bunky, ktoré sú súčasťou imunitného systému, ktorý bojuje proti rakovine, z tela, aby ich geneticky modifikovala pomocou techniky CRISPR a potom ich reinjektovala späť do tela ako „živú drogu“. Pomocou CRISPR môžu byť T-bunky jemne vyladené a pri útoku na konkrétne rakovinové bunky sú smrteľnejšie.

Tieto „bežné“ T-bunky môžu byť vyrobené vo veľkých množstvách rýchlo pomocou CRISPR, namiesto toho, aby ste museli čakať týždne alebo mesiace predtým. 12. decembra 2022 Dr McGuirk z University of Kansas oznámil výsledky štúdie, ktoré boli prekvapivo dobré a otvorili nové dvere k liečbe rakoviny: nádory sa zmenšili u 67 % z 32 pacientov s rakovinou lymfómu. 40 % pacientov dosiahlo úplnú remisiu. Existuje veľké nadšenie pre potenciál tejto techniky vyliečiť mnohé iné druhy rakoviny.

Štvrtým je prelom v jadrovej fúzii, ktorý je celkom ohromujúci.

Prielom jadrovej fúzie.

V minulom storočí, najväčšom storočí fyziky, bolo jedným z objavov jadrové štiepenie. Keď sa ťažký atóm, akým je plutónium, rozpadne, stratí sa malé množstvo hmoty a znovu sa objaví ako obrovské množstvo energie – pretože E = mc^2, kde c je rýchlosť svetla a veľmi veľké číslo.

Pod hrozbou, že Nemecko vyvinie bombu s reťazovou reakciou založenú na tejto reakcii, vláda USA naliala obrovské množstvo prostriedkov na stavbu štiepnej bomby v Los Alamos v Novom Mexiku, neďaleko môjho bydliska. Bol testovaný v púšti White Sands južne od Albuquerque a nakoniec sa použil na ukončenie vojny s Japonskom.

Komerčné využitie rýchlo viedlo k jadrovým reaktorom veľkosti siete v rôznych krajinách. Niektoré boli úspešné – Francúzsko získava 70 % elektrickej energie z 56 jadrových reaktorov, zatiaľ čo USA získavajú približne 20 % energie z 93 jadrových reaktorov.

Úspech je však neľahký, keď dôjde k strašným haváriám, akými boli napríklad Černobyľ v Rusku v roku 1986 a japonská Fukušima v roku 2011, a všadeprítomné obavy o likvidáciu jadrového odpadu v USA.

Sesterská jadrová reakcia je, keď sú dve jadrá vodíka prinútené spojiť sa do hélia prekonaním odpudivých síl a opäť sa uvoľní obrovské množstvo energie. To bol základ amerických testov vodíkových bômb v južnom Pacifiku (Atol Bikini) v 1950. rokoch pred zmluvou o zákaze testovania z roku 1963.

Odvtedy sa v priebehu desaťročí hľadalo komerčné využitie jadrovej fúzie. Napríklad jeden pokus je založený v Sandia National Laboratories v Albuquerque, kde je horúca nabitá plazma obmedzená elektrickými poľami. Myšlienkou bolo obmedziť, stlačiť a zohriať plazmu (energia-in), kým sa vodíkové jadrá nezlúčia (energia-out). Prísun energie bol však vždy väčší ako výdaj energie.

Ďalšia komerčná aplikácia bola v laboratóriu Lawrence Livermore v oblasti San Francisco Bay v Kalifornii. Tu Bolo použitých 192 laserov obmedziť, stlačiť a zohriať plazmu odpálením pelety zmiešaných izotopov vodíka v hodnote 1 milión dolárov. Výsledky boli vždy rovnaké – až doteraz. V týždni končiacom sa 16. decembra 2022 bola spotreba energie (3.1 megajoulov) po prvýkrát viac ako spotreba energie (2.1 megajoulov). Je to skutočný prielom. Dosiahnutá teplota bola 3 milióny stupňov C.

Uvedenie na správnu mieru.

Po prvé, prísun energie verzus výdaj energie je príliš jednoduchý, pretože napájanie laserov vyžaduje oveľa väčšiu energiu: 400 megajoulov. Pozri odkaz 1.

Po druhé, úspešný príbeh bol len o jednej udalosti – o jednom zapálení fúzie. Byť prakticky kdekoľvek by si vyžadovalo veľa, veľa fúznych udalostí za minútu a potrebovalo by to laser, ktorý je tisíckrát výkonnejší. Navyše náklady by museli byť miliónkrát lacnejšie (odkaz 1). Jedným slovom, tento jeden úspech, hoci je inšpirujúci, sa ani zďaleka nepribližuje k predstave praktického využitia.

Nie je to teda lacné a nie je to praktické, ale vyrábalo by to energiu s vysokou intenzitou a bolo by to bez uhlíka.

Energia jadrového štiepenia je miliónkrát silnejší než ktorýkoľvek iný zdroj energie na Zemi. A to je veľký dôvod, prečo sa v krajinách ako Francúzsko a USA investovalo do výstavby desiatok jadrových elektrární.

Jadrová fúzia vytvára 3-4 krát viac energie ako jadrové štiepenie. To je jedna časť sna. Ďalšou súčasťou sna o fúzii je, že neexistujú žiadne produkty jadrového odpadu, ktoré by sa dali likvidovať – odpadové produkty, ktorých rozklad môže trvať stovky alebo tisíce rokov. Treťou časťou je, že fúzia nie je reťazová reakcia, takže nebezpečenstvo utečených jadrových reakcií a výbuchov nehrozí.

Keďže výroba elektriny je zodpovedná za približne tretinu globálnych emisií skleníkových plynov, poslednou časťou sna sú elektrárne na jadrovú fúziu rozmiestnené po celej krajine, aby poskytovali bezuhlíkovú elektrickú energiu s vysokou intenzitou.

Ale pamätajte, je to len sen. Napriek svojim výhodám bezuhlíková jadrová fúzia nevyradí ropný a plynárenský priemysel do roku 2050 a možno ani do roku 2100.

Takeaways.

Ľudstvo replikovalo slnečný zdroj svetla a tepla. Pri teplote asi 15 miliónov stupňov C sa plynné vnútro Slnka stlačí pod obrovským tlakom – čajová lyžička váži 750 g alebo 1.65 lb. Na replikáciu vnútorných podmienok slnka v laboratóriu a na dosiahnutie rovnovážneho stavu (výdaj energie viac ako príkon energie ) je impozantný počin.

Jadrová fúzia sa však ani zďaleka nepribližuje komerčnej aplikácii.

Prečo teda míňame veľké peniaze na jeho vyšetrovanie? Pretože to robia vyspelé krajiny. Stavajú teleskopy ako James Webb a inštalujú ich na satelity, aby študovali vesmír. Stavajú rakety, aby dostali mužov a ženy na Mesiac. Stavajú magnetické pretekárske dráhy na urýchlenie protónov na rýchlosť svetla predtým, než sa zrútia, a v úlomkoch odhalia nepolapiteľné subatomárne častice, ako je Higgsov bozón.

Politika zohráva veľkú úlohu pri rozhodovaní o tom, kde sa rozdeľuje vládna podpora a financovanie vedy. Našťastie, ako bolo uvedené vyššie, existuje veľa príkladov krajín, ktoré využívajú vedu na vyriešenie naliehavých problémov, z ktorých má priamy úžitok ľudstvo.

Odkaz 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16. decembra 2022.