Nuclear na enerhiya: Ang mga sumasabog na bituin ay maaaring magkaroon ng susi sa pag-unlock ng pagsasanib na nukleyar sa Earth

Ang pandaigdigang banta ng nukleyar ay lumakas sa mga nakaraang buwan kasunod ng mga pag-angkin na ang North Korea ay nagtatayo ng mga sandatang nukleyar at banta ni pangulong Donald Trump laban sa mapanganib na pinuno ng bansa. Ang lumalalang tensyon ay naging sanhi pa ng paglipat ng Doomsday Clock malapit sa hatinggabi.

Gayunpaman, sa kabila ng potensyal nito upang sirain ang mundo, at bantain ang ating pagkakaroon, ang enerhiya ng nukleyar ay may potensyal din na malutas ang mga kinakailangang lakas ng planeta.

Sa mga nagdaang taon, ang mga swathes ng mga pribadong kumpanya ay tumatalon sa karunungan ng pagsasaliksik, dahil sa pag-unlad ng teknolohiya at ang aming pag-unawa sa mga bagay tulad ng superconductors. Kamakailan lamang ay nakipagtulungan ang Google sa mga eksperto sa pagsasanib na nukleyar upang bumuo ng isang algorithm para sa paglutas ng mga kumplikadong problema sa enerhiya, at sinabi kamakailan ng MIT na ang pagsasanib ng nukleyar ay maaaring nasa grid sa loob lamang ng 15 taon.

Kamakailan lamang, naniniwala ang mga siyentista na maaaring na-unlock nila ang isa sa mga misteryo ng pagsasanib ng nukleyar sa pamamagitan ng pagtingin sa mga sumasabog na bituin. Ang koponan, mula saAng pangkat ng University of Michigan's Center para sa Laser Experimental Astrophysical Research, ay tiningnan kung paano gumaganap ang init sa paraan ng paghalo ng mga materyales sa isang supernovae - ang punto ng ilaw na nilikha kapag ang isang bituin ay umabot sa katapusan ng buhay nito at sumabog. Ang mga pagsabog na ito ay nagpapadala ng malawak na halaga ng enerhiya, sa ilang kaso ay higit sa ating sariling araw ang magbibigay sa buong kurso ng buong buhay nito.

Ang papel na ginagampanan ng init sa gayong mga reaksyon ng pagsasanib sa kalawakan ay higit na napapansin at sinusubukan ng mga siyentista na gayahin ang mga nasabing reaksyon sa Earth upang makatulong na himukin ang mga tagumpay sa nukleyar na enerhiya. Sa pamamagitan ng paghahalo ng iba't ibang mga plasmas na may iba't ibang mga elemento kabilang ang iron, carbon helium, at hydrogen sa mga kondisyon ng lab, naitatag ng mga mananaliksik na ang mga pag-agos ng enerhiya ay sanhi ng pagtaas ng init at pagbagsak, na may malaking epekto sa kung paano ihalo ang mga elemento sa mga plasmas Hindi ito isinasaalang-alang sa ganitong paraan, sa mga nakaraang eksperimento, at sa wakas ay maaaring hawakan ang susi upang gawing mas napapanatili ang pagsanib ng nukleyar sa Earth. Ang pananaliksik ay nai-publish sa Mga Komunikasyon sa Kalikasan.

Ano ang enerhiyang nukleyar?

Habang ang kapangyarihang nukleyar ay may potensyal na bigyan ang mga tao ng halos walang limitasyong enerhiya, ang pisika sa likod ng enerhiya na nukleyar ay nagsasangkot ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng ilan sa pinakamaliit na mga maliit na particle na maiisip. Sa gitna ng bawat atomo sa uniberso ay namamalagi ang isang maliit na koleksyon ng mga proton at neutron na tinatawag na isang nukleus. Ang bilang ng mga proton at neutron sa nucus ay tumutukoy kung aling sangkap ang atomo, at ang nukleus ang bumubuo sa karamihan ng masa ng atom na iyon.

Sa loob ng nucleus, ang mga proton at neutron ay pinagbuklod ng isa sa apat na pangunahing puwersa sa pisika na tinatawag na malakas na puwersa. Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, ang malakas na puwersa ay ang pinakamalakas sa lahat ng apat, ngunit gumagana lamang ito sa maliliit na distansya - tulad ng mga nasa loob ng isang nucleus. Ang iba naman aygravitational, electromagnetic, at mahina. Inilalarawan ng video na ito ang mga pagkakaiba, at kung paano ito nakakaapekto sa amin:

Ang mga atom ay higit sa lahat walang laman na puwang. Kung ang isang atom ay ang laki ng isang football stadium, ang nucleus ay magiging kasing laki ng isang langaw sa gitna nito. Ang iba pang bahagi ng isang atom ay ang mga electron ng ulap na umiikot sa nucleus ng isang atom, ngunit ang malakas na puwersa ay hindi nalalapat sa mga electron. Sa halip ay nakagapos sila ng mga pwersang electromagnetic, dahil mayroon silang negatibong singil habang ang nukleo ay positibong sisingilin.

Sa pangkalahatan, ang physics ng nukleyar ay nagsasangkot sa paggawa o pagbasag ng isang nucleus. Parehong mga proseso kung saan nawala ang isang maliit na piraso ng masa, at naglalabas ito ng malaking dami ng enerhiya.

Bakit napakahalaga ng lakas nukleyar?

Mula noong 1950s, sinusubukan ng mga physicist na gayahin ang proseso na nagpapagana sa Araw sa pamamagitan ng pagkontrol sa pagsasanib ng mga hydrogen atoms sa helium. Ang susi sa paggamit ng kapangyarihang ito ay upang makulong ang mga ultra-hot na bola ng hydrogen gas na tinatawag na plasmas hanggang sa ang dami ng lakas na lumalabas sa mga reaksyon ng pagsasanib ay tumutugma sa higit pa kaysa sa naipasok. Ang puntong ito ay tinatawag ng mga eksperto sa enerhiya na breakeven at, kung maaari makamit, ito ay kumakatawan sa isang teknolohikal na tagumpay at maaaring magbigay ng isang walang limitasyong at masaganang mapagkukunan ng zero-carbon na enerhiya.

Malamang malalaman mo ang pinakatanyag na equation ni Einstein, E = mc ^ 2. Nakasaad dito na ang dami ng enerhiya na inilabas kapag ang isang maliit na piraso ng masa ay nawala ay katumbas ng masa na pinarami ng bilis ng ilaw na parisukat. Ang bilis ng ilaw ay isang napakalaking bilang.

Tingnan ang nauugnay na lumulutang na Chernobyl na nukleyar na planta ng nukleyar ng Russia na ngayon lamang naglayag Faraday Hamon: Pamahalaan na mamuhunan ng £ 246 milyon sa paggawa ng UK na isang nangunguna sa teknolohiya ng baterya Ipinapakita ng mapa ng nuklear na bomba kung gaano ka makakaligtas sa isang atake sa nukleyar Ano ang Trident? Ang deterrent ng nukleyar ng UK ay ipinaliwanag ang mga kalamidad ng Chernobyl at Fukushima: Ano ang nangyayari sa mga zone ng pagbubukod ng nuklear kapag umalis ang mga tao?

Ang pinakamaliit na nucleus ng anumang elemento ay binubuo ng isang proton lamang, na matatagpuan sa mga hydrogen atoms. Ang hydrogen, sa tabi ng helium, lithium at beryllium ang pinakamagaan na elemento sa sansinukob na nangangahulugang walang gaanong lakas ang kinakailangan para makabuo sila. Ang mga elementong ito ng ilaw ay nabuo sa simula pa lamang ng sansinukob, noong halos tatlong minuto na ang edad at sapat na ang lamig para sa mga proton at neutron na magkabuklod. Ito ang isang kadahilanan kung bakit ang mga hydrogen plasmas ay nakikita bilang pinakamahusay na mapagkukunan ng pagkuha ng enerhiyang nukleyar sa Earth.

Matapos ang unang apat na mga elemento, ang uniberso ay tumama sa isang pader. Kailangan ng mas maraming enerhiya para sa susunod na 88 na elemento sa periodic table, upang mapagtagumpayan ang mga proton na maitaboy ang bawat isa sa kanilang positibong pagsingil, at para sa pagsasamang nukleyar na ito ay dapat na isagawa.

Kaya ano ang pagsasanib ng nukleyar?

Halos lahat ng bagay sa paligid namin ay nilikha sa loob ng isang bituin. Ang mga bituin ay nagsisimula sa hydrogen, na pinagsama nila upang makabuo ng helium. Nagpapatuloy ang prosesong ito, naglalabas ng enerhiya at nagpapainit ng bituin.

Ito ang reaksyong ito, gamit ang hydrogen bilang isang fuel, na ang mga siyentista at mga koponan tulad ng mga nasaMga Teknolohiya ng TAEsinusubukan na gayahin upang makamit ang lakas na pagsasanib ng nukleyar. Kapag ang deuterium at tritium nuclei - na matatagpuan sa hydrogen - piyus, bumubuo sila ng isang helium nucleus, isang neutron at maraming lakas.

kung paano i-on ang mga abiso para sa instagram

Dahil ang pagsasanib ng nukleyar ay nangangailangan ng napakaraming lakas upang makapagsimula ng mga reaksyon, napatunayan na mahirap ang proseso na kopyahin ang Earth. Tumatagal ng napakalawak na presyon at temperatura ng halos 150 milyong degree upang makakuha ng mga atomo upang pagsamahin sa isang fusion reactor.

Kapag ang isang bituin na ang laki ng core ng ating araw ay naubusan ng hydrogen (pinagmulan ng fuel nito) nagsisimula itong mamatay. Ang namamatay na bituin ay lumalawak sa isang pulang higante at nagsimulang gumawa ng mga carbon atoms sa pamamagitan ng pagsasama ng mga helium atoms. Ang mga malalaking bituin ay maaaring lumikha ng mga mas mabibigat na elemento, mula sa oxygen hanggang iron, sa isang karagdagang serye ng pagkasunog ng nukleyar. Ang anumang mas mabibigat kaysa sa bakal ay nilikha sa isang supernova, ang higanteng pagsabog sa pagtatapos ng buhay ng isang napakalaking bituin.

Paano nauugnay ang fusion ng nukleyar sa fission nuklear?

Ang lakas na nuklear, tulad ng pagkakaalam natin sa Lupa, ay gumagamit ng ibang reaksyon ng nukleyar, na tinatawag na fission.

Kapag nagsimulang palawakin ang mga elemento, tulad ng uranium o plutonium, na may higit na mga proton at neutron na naka-pack sa loob ng nucleus, posible na masira ito pabalik sa mas maliit na mga elemento sa pamamagitan ng pagpindot sa mga neutron. Nagreresulta rin ito sa isang pagbabago sa masa, naglalabas ng napakalaking lakas.

Ang problema ay nakasalalay sa tinatawag na mga after-product ng mga reaksyon. Ang mga sangkap na ito ay lubos na radioactive, na ginagawang hindi kapani-paniwalang mapanganib at ito ang pinakamahalagang downside sa nukleyar na enerhiya.

Ang basurang radioactive ay kailangang hawakan ng hindi kapani-paniwalang maingat at ang pinakamahusay na paraan na kasalukuyang tinatanggal namin ay inililibing ito sa ilalim ng lupa. Ngunit gumagawa ito ng mga mapanganib na lugar ng mga nuklear na reaktor, at ang mga sakuna kung saan naipalabas ang basura sa radioaktif ay nagdulot ng matinding kahihinatnan, tulad ng kalamidad sa Chernobyl noong 1986 at Fukushima.

Aling mga kumpanya ang nagtatrabaho sa pagsasanib ng nukleyar?

MAY

Ang pagtatrabaho sa pribadong kompanya ng Commonwealth Fusion Systems, ang mga mananaliksik sa MIT kamakailan ay nag-isip ng isang bagong henerasyon ng mga eksperimento sa pagsasanib at mga halaman ng kuryente na gumagamit ng mga superconductor na may mataas na temperatura. Bagaman hindi maisasakatuparan, ang pakikipagsosyo ay naglalayon na bumuo ng isang compact na aparato na tinatawag na SPARC.

Kapag ang superconducting electromagnets para sa SPARC nabuo, inaasahan na nasa loob ng susunod na tatlong taon, gagamitin sila ng SPARC upang makabuo ng 100 milyong watts, o 100 megawatts (MW), ng lakas na pagsasanib. Habang hindi nito gagawing elektrisidad ang init na iyon, makakagawa ito ng mas maraming lakas tulad ng ginamit ng isang maliit na lungsod - higit sa dalawang beses na ginamit upang mag-init ng plasma, na sa huli ay lumilikha ng positibong netong enerhiya mula sa pagsasanib sa kauna-unahang pagkakataon. Kung matagumpay, makakatulong ito na lumikha ng isang buong sukat na prototype ng isang fusion power plant at ilagay ang mundo sa daan patungo sa pagsasanib ng nukleyar sa loob lamang ng 15 taon.

Google

Ang pananaliksik na ito ay sinusundan mula sa gawaing ginagawa ng Google atMga Teknolohiya ng TAE, na tumawag sa sarili nitong pinakamalaking kumpanya sa pagsasanib sa buong mundo, at ang higanteng ionised plasma machine na C2-U. Ang Google ay nagtayo ng isang algorithm na idinisenyo upang mapabilis ang mga eksperimento sa physics ng plasma at ang pangwakas na layunin ng Tri Alpha Energy, katulad ng CFS, ay upang buuin ang unang fusion-based na komersyal na planta ng kuryente. Kung mas mabilis nitong makumpleto ang mga eksperimento, mas mabilis at murang makakamit ang layuning ito at ilipat ang mundo patungo sa isang mas napapanatiling, malinis na mapagkukunan ng enerhiya.

BASAHIN SA SUSUNOD: Nakaligtas sa isang atake sa nukleyar

Ang mas mataas na pagsasaliksik sa pribadong sektor sa pagsasanib ng nukleyar ay sumasalamin ng malaking premyo na nakataya - isang masaganang, responsable sa kapaligiran at ligtas na bagong paraan ng pagbuo ng elektrisidad, Propesor Ian Chapman, CEO ng UK Atomic Energy Authority sinabi .

Upang maisagawa ang mga eksperimento ng ganitong uri, ang plasma - sobrang mainit na mga bola ng gas - ay kailangang i-nakakulong sa mahabang panahon.Mga Teknolohiya ng TAEkinukumpit ang mga plasmas na ito gamit ang isang pamamaraan na tinawag pag-configure ng patlang na hinulaang magiging mas matatag habang tumataas ang enerhiya, sa kaibahan sa iba pang mga pamamaraan kung saan ang mga plasmas ay nahihirapang makontrol habang pinainit mo sila.

TAE Technologies 'Itinulak ng C-2U ang mga eksperimentong ito sa limitasyon ng kung magkano maaaring mailapat ang lakas na kuryente upang makabuo at makulong ang plasma sa isang maliit na puwang sa loob ng maikling panahon. Ang pag-optimize sa mga setting nito (ang makina ay may higit sa 1,000 mga pindutan) at ang pamamahala sa pag-uugali ng plasma ay isang kumplikadong problema at dito pumapasok ang Optometrist Algorithm ng Google.

Bilang senior staff software ng Google engineer engineer na si Ted Baltz nagpapaliwanag , ang C-2U machine ay nagpapatakbo ng isang plasma shot tuwing walong minuto at ang bawat run ay nagsasangkot sa paglikha ng dalawang umiikot na mga bloke ng plasma sa loob ng vacuum ng C-2U. Ang mga patak na ito ay sama-sama na binasag sa higit sa 600,000 milya bawat oras upang lumikha ng isang mas malaki, mas mainit, umiikot na bola ng plasma.

BASAHIN SA SUSUNOD: Ano ang isang algorithm ?

Pagkatapos ay ang bola ng plasma ay tuloy-tuloy na na-hit ng mga maliit na butil na gawa sa mga neutral na atomo ng hydrogen upang mapanatili itong umiikot. Ang mga patlang na magnetiko ay pinanghahawakan ang umiikot na bola hangga't 10 milliseconds. Google's algorithm tumatagal ng lahat ng mga parameter mula sa bilang ng mga setting sa kalidad ng vacuum at katatagan ng mga electron upang maipakita ang mga physicist ng tao na may mga solusyon.

Paano gumagana ang mga bombang nukleyar?

Ang US ang kauna-unahang bansa na nakabuo ng mga sandatang nukleyar, sinundan ng Russia noong 1949. Hanggang sa 2016, tinatayang ang US ay mayroong humigit-kumulang 7,000 mga nukleyar na warhead, kabilang ang mga nagretiro, nakaimbak, at nagpakalat ng mga sandata. Ang Russia ay sinasabing mayroong humigit-kumulang na 7,300 warheads, ang France ay mayroong 300 at ang UK ay mayroong 215. Hilagang Korea, na nakikita bilang isa sa pinakamahalagang banta ng nukleyar ng modernong panahon, ay may hindi kilalang bilang ng mga aparato, bagaman ang mga estima ay inilalagay ang bilang sa humigit-kumulang 10 .

Ang lahat ng sandatang nukleyar ay gumagamit ng fission upang makabuo ng kanilang mga nakasisirang pagsabog. Ang mga unang sandata, kabilang ang Little Boy ay bumagsak kay Hiroshima noong WWII, ay lumikha ng kritikal na masa na kinakailangan upang simulan ang isang reaksyon ng chain fission ngpagpapaputok ng isang guwang na uranium-235 silindro sa isang target na ginawa mula sa parehong materyal.

BASAHIN PA: Ano ang isang hydrogen bomb?

Ang pamamaraang ito ay umusad sa mga nagdaang taon at, sa mga armas na moderno, ang kritikal na masa ay nakasalalay sa kakapalan ng materyal. Ang mga sandatang ito ay nagpapasabog ng mga pampasabog ng kemikal sa paligid ng tinatawag na hukay ng uranium-235 o plutonium-239 metal. Ang mga isotop na ito ay ang pinaka-karaniwang mga elemento na may kakayahang dumaan sa fission. Ang uranium at plutonium ay kapwa matatagpuan natural sa mga deposito ng mineral, kahit na sa maliliit na halaga (mas mababa sa 1% sa kaso ng uranium at kahit na mas mababa para sa plutonium) nangangahulugang kailangan silang gawin. Ito ay isang magastos at matagal na proseso at ito ang pangunahing hadlang sa pagbuo ng mga bomba ng nukleyar na mas malaya.

BASAHIN SA SUSUNOD: Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng isang hydrogen bomb at isang atomic bomb?

kung paano upang sabihin kung ang iyong numero ay hinarangan

Sa mga modernong pagsabog ng nukleyar, pumutok ang pasabog, na pinipilit ang mga atomo sa hukay na magkakasama. Kapag nakamit ang kritikal na masa, ang mga neutron ay ginagamit upang lumikha ng isang reaksyon ng kadena ng fission na, sa pagliko, ay lumilikha ng pagsabog ng atomiko. Ang mga sandata ng Thermonuclear fusion ay gumagamit ng enerhiya mula sa pagsabog ng fission upang pilitin ang mga hydrogen isotop na magkasama na lumilikha ng isang fireball na papalapit sa temperatura na kasing init ng araw.