Впервые в истории человечества! «Искусственное солнце» совершило большой прорыв, и нефтяная солнечная энергия может быть полностью исключена.

Спустя десятилетия наконец наступила веха управляемого ядерного синтеза.

Впервые в истории люди добились управляемого ядерного синтеза, в котором выходная энергия больше, чем входная энергия.

Этот процесс называется «зажигание».

Первым значительным достижением в области энергетики в истории человечества стал контроль и использование огня.

Теперь снова поднимем факел, чтобы искусственное солнце перестало быть фантазией.

Веха в десятилетия, большой шаг для «искусственного солнца»

13 декабря калифорнийская Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса объявила, что она впервые успешно достигла «чистого прироста энергии» (то есть произведенная энергия превышает потребляемую энергию) в реакции ядерного синтеза на пути к управляемому ядерному синтезу. на шаг впереди.

Эти незнакомые термины могут ввести людей в заблуждение.Давайте сначала разберемся с понятием «управляемый ядерный синтез».

Ядерный синтез — это слияние двух более легких ядер в одно более тяжелое с выделением энергии.

Реакция синтеза, наиболее легко реализуемая в природе, — это синтез изотопов водорода — дейтерия и трития, эта реакция длится на Солнце уже 5 миллиардов лет, а звезды — это, по сути, естественные устройства ядерного синтеза один за другим.

По сравнению с ядерным делением и сжиганием ископаемого топлива ядерный синтез имеет много преимуществ:

Он не выделяет углерод и не производит ядерное излучение и ядерные отходы, такие как ядерное деление; поскольку ядерный синтез требует чрезвычайно высоких температур, как только температура топлива падает, реакция синтеза автоматически останавливается; небольшая чашка водородного топлива теоретически может использоваться для дома Обеспечьте энергией в течение сотен лет.

Таким образом, термоядерная энергия является почти неограниченным, чистым и безопасным новым источником энергии.

Что, если бы люди могли воспроизвести реакцию синтеза Солнца контролируемым образом?

Это видение управляемого ядерного синтеза широко известно как «искусственное солнце».

Конечная цель управляемого ядерного синтеза состоит в том, чтобы позволить дейтерию, который содержится в больших количествах в морской воде, подвергаться ядерному синтезу в условиях высоких температур, обеспечить людей постоянным потоком чистой энергии, заменить ископаемое сырье и обычную ядерную энергию. , и потреблять гораздо меньше ресурсов, чем солнечная и ветровая энергия.

Однако ядерный синтез Солнца сдерживается гравитационным полем, обеспечиваемым его собственной гравитацией, которую мы не можем имитировать на Земле.В то же время высокая температура и давление на Солнце создают необходимые условия для реакции синтеза.Температурная компенсация .

Соответствующие исследования начались в 1950-х годах.Что беспокоит ученых, так это то, что реакции синтеза потребляют огромное количество энергии, и как сделать так, чтобы производимая энергия превышала потребляемую энергию. Что еще сложнее, так это то, что энергия должна выдаваться непрерывно и стабильно, а не просто вспышкой.

5 декабря Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса с помощью технологии «термоядерного синтеза с инерционным удержанием» наконец осуществила термоядерную реакцию с «чистым приростом энергии», что на шаг ближе к искусственному солнцу.

Исследователи выпустили 192 гигантских лазерных луча в черную камеру с золотым покрытием длиной с ластик, и интенсивная энергия нагрела контейнер, который содержал частицы топлива размером с перчинку, до более чем 3 миллионов градусов по Цельсию.

Лазер постоянно отражается и нагревается, в конечном итоге создавая рентгеновские лучи . Рентгеновские лучи оторвали поверхность зерна, вызвав ракетоподобный взрыв, который поднял температуру и давление до экстремальных значений, достижимых только в звездах, планетах-гигантах, ядерных взрывах и синтезе трития .

Наконец, для момента продолжительностью менее одной триллионной секунды энергия входного лазера составляет 2,05 мегаджоуля, а энергия нейтронов, образующихся при синтезе, составляет 3,15 мегаджоуля, последняя делится на первую, и выигрыш в энергии больше. чем 1.

Устойчивое электричество, все еще в отдаленном будущем

Хотя термоядерная реакция «чистого прироста энергии» реализована, еще далеко до того, как ее можно будет практиковать вне лабораторной среды и даже использовать в коммерческих целях.

Во-первых, «чистый прирост энергии» отражает только саму реакцию синтеза, а не 300 мегаджоулей, необходимых для питания лазера . Эффективность преобразования электрической энергии в лазерную очень низка, и если рассчитать отношение выходной электрической энергии к входной электрической энергии, выигрыш в энергии будет меньше 1.

Во-вторых, воссоздание этой термоядерной реакции в масштабе, необходимом для производства энергии, требует огромных ресурсов.

А машины, которые будут передавать выработанную энергию в сеть, инженерам еще предстоит разработать.

Поэтому до коммерческого использования ядерного синтеза еще как минимум десять лет, а могут быть и десятилетия, а до электростанций еще далеко.

В настоящее время лазер Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса запускается примерно раз в день, а стоимость слишком высока, чтобы построить жизнеспособную электростанцию ​​за короткое время.

На пресс-конференции директор Лоуренса Ливермора Ким Будил сказал, что запуск представлял собой одно зажигание термоядерного синтеза, но необходимо сделать гораздо больше, чтобы добиться коммерческой выработки термоядерной энергии, включая «множество зажиганий термоядерного синтеза в минуту».

Точно так же ядерный синтез не может быть использован для защиты климата в ближайшее время.

Эксперт по энергетическим технологиям Хулио Фридманн отметил, что достигнутые сейчас результаты очень важны: если выходная энергия не превышает входной энергии, он не может быть источником энергии. Но это не внесет существенного вклада в снижение климата в ближайшие 20-30 лет, а в этом разница между зажиганием спички и постройкой газовой турбины.

Чтобы ограничить потепление «безопасной чертой» в 1,5 градуса Цельсия, мы должны достичь нулевых выбросов к 2050 году. Полагаться на ядерный синтез, чтобы избавиться от климатического кризиса, — это далекая мечта.

Риккардо Бетти, профессор Университета Рочестера и эксперт в области лазерного синтеза, сравнил этот прорыв в ядерном синтезе с тем, что люди впервые узнали, как перерабатывать нефть в бензин :

«У вас все еще нет двигателя, у вас все еще нет шин, вы не можете сказать, что у вас есть машина».

Человечество сделало большой шаг, но впереди могут быть еще десятки тысяч шагов.

Мир готовится к следующему поколению чистой энергии

За последние несколько десятилетий многие страны продвинулись вперед в области управляемого ядерного синтеза.

Упомянутое выше инерционное удержание является одним из двух основных решений для реализации управляемого ядерного синтеза, а другое — магнитным удержанием.

Фактически, магнитное удержание в настоящее время является основным направлением для стран, атакующих управляемый ядерный синтез.Устройство «токамак» – самый известный метод магнитного удержания ядерного синтеза.

Токамак представляет собой кольцеобразное устройство, приводимое в действие ограниченными электромагнитными волнами для создания среды и сверхвысокой температуры для синтеза дейтерия и трития, а также для обеспечения контроля человеком над реакциями синтеза.

Реактор Ковчег в «Железном человеке» немного похож на токамак Реактор Ковчег на промышленной базе Старк и мини-реактор на груди брони Железного человека — все это «ядерные реакторы с магнитным удержанием».

Хотя технология управляемого термоядерного синтеза и устройство токамак впервые возникли за рубежом, наша страна осознала, что опоздавшие впереди и находятся в авангарде мира.

Китайское «искусственное солнце» EAST, построенное в 2006 году, называется «Полностью сверхпроводящий токамак для экспериментов по ядерному синтезу», также известное как «Восточное суперкольцо». Оно было построено Институтом физики плазмы Китайской академии наук в Хэфэй, Аньхой.

В конце 2021 года EAST добился работы длинноимпульсной плазмы с высокими параметрами в течение 1056 секунд, в течение которой температура электронов составила почти 70 миллионов градусов Цельсия, установив рекорд по самому продолжительному времени работы высокотемпературной плазмы устройства Токамак. в то время.

4 декабря 2020 года было завершено устройство нового поколения «искусственное солнце» (HL-2M), самостоятельно спроектированное и построенное Юго-Западным институтом физики CNNC.

В октябре этого года ГЛ-2М совершил прорыв — ток плазмы превысил 1 миллион ампер (1 мегаампер).

В будущем термоядерный реактор Токамак должен стабильно работать при мегаамперах, поэтому этот прорыв также означает, что моя страна все ближе и ближе приближается к термоядерному зажиганию.

"Искусственное солнце" является серьезной научной проблемой, вызывающей серьезную озабоченность во всем мире. Перед лицом экологически чистой энергии следующего поколения страны сотрудничают с заинтересованными сторонами. Наиболее представительным из них является Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), который был запущен в 2006г. проект.

В настоящее время это один из самых крупных и далеко идущих международных научных проектов в мире, в котором приняли участие Китай, Европейский союз, США, Россия, Япония, Южная Корея, Индия и другие государства-члены. совместно созданный всеми странами В настоящее время крупнейший в мире термоядерный реактор находится в Кадараше на юге Франции.

Ожидается, что сборка корпуса ИТЭР будет завершена в 2025 году, а в ближайшие несколько лет компоненты ИТЭР будут доставлены из различных стран-участниц в Карадаше. Как один из равноправных членов моя страна берет на себя 9,09% работ на этапе строительства ИТЭР и пользуется 100% правами на использование технических достижений ИТЭР.

Уголь, нефть и природный газ могут быть исчерпаны и вызвать загрязнение окружающей среды; энергия ветра, воды и солнца ограничена погодными или географическими условиями; такие элементы, как уран и плутоний, необходимые для деления ядер, имеют ограниченные запасы и также будут производить радиоактивность .

Напротив, управляемая технология термоядерного синтеза представляет собой энергетический метод будущего, на который все человечество возлагает большие надежды и известна как «абсолютный источник энергии», потому что она может практически решить энергетические проблемы раз и навсегда. Когда он действительно будет использоваться в коммерческих целях, помимо климатических преимуществ, он также может обеспечить дешевым электричеством бедные районы.

Перспектива светлая, а дорога извилистая… Надеюсь, что в обозримом будущем мы сможем стать свидетелями восхода "искусственного солнца".

#Добро пожаловать, обратите внимание на официальный публичный аккаунт Айфанер в WeChat: Айфанер (идентификатор WeChat: ifanr), более интересный контент будет представлен вам как можно скорее.

Ай Фанер | Оригинальная ссылка · Просмотреть комментарии · Sina Weibo