Znamo da je ljudska znatiželja da sve kontrolira dovela do velikog tehnološkog napretka. Jedan od glavnih problema s kojima se čovječanstvo suočava u ovom stoljeću je energetska kriza. To zahtijeva razvoj svih potrebnih aspekata za postizanje nuklearne fuzije. Kinesko umjetno sunce je blizu postizanja nuklearne fuzije i okončanja problema energetske krize.
U ovom članku ćemo vam reći šta je umjetno sunce u Kini, koje su njegove karakteristike i koliko je važno za globalnu energetsku paradigmu.
Šta je kinesko veštačko sunce
Zovu ga umjetnim suncem jer koristi isti izvor energije kao i naša najbliža zvijezda. To je jedan od najperspektivnijih naučnih napredaka, s tehničkim nazivom fuzija: gotovo čist izvor energije koji velike sile traže decenijama . Toliko da se prije pedeset godina govorilo da postoji samo pedeset...
Međutim, čini se da smo sve bliže. Između ostalog, zato što je Kina upravo oborila rekord za najdužu reakciju nuklearne fuzije: 120 miliona stepeni Celzijusa tokom 101 sekunde.
Prvo ćemo objasniti šta je zapravo nuklearna fuzija. Konvencionalne nuklearne elektrane rade tako što oslobađaju energiju fisije. Odnosno, "razbiti" atom. Tako se obogaćeni uranijum bombardovan neutronima koristi za pokretanje nuklearne lančane reakcije.
Ove elektrane su u pogonu više od pola stoljeća. Konkretno, prva nuklearna elektrana priključena na mrežu završena je u Sovjetskom Savezu 1954. godine. Međutim, kao što pokazuje nuklearna katastrofa u Černobilu, one nisu bez rizika. Ako želite saznati više o tome kako ove elektrane funkcionišu, možete pogledati naš članak o tome šta je sunce i kako je povezano s razvojem energetike.
S jedne strane imamo nekontrolisane lančane reakcije. Iako su posljedice bile katastrofalne, ovakvi događaji su krajnje nenormalni. Pravi problem nuklearne fisije je otpad koji proizvodi, a koji može ostati opasno radioaktivan stotinama godina.
S druge strane, nuklearna fuzija ili vještačko sunce nude mogućnost sigurne proizvodnje energije uz malo ili nimalo otpada . Zahvaljujući niskom ugljičnom otisku, mogli bi biti moćni alati u borbi protiv klimatskih promjena. Ovo je ključno, s obzirom na hitnu potrebu za održivim rješenjima poput onih koja se istražuju u istraživanjima karakteristika sunca.
Kako se postiže nuklearna fuzija
Kako se to postiže? U suštini, kombinuje dva laka jezgra u jedno teško jezgro, izlažući ih ogromnom pritisku i ekstremno visokim temperaturama. Reakcija također oslobađa energiju jer su rezultirajuće jezgre manje masivne od same prve dvije jezgre.
Tipično, gorivo koje se koristi za stvaranje vještačkog sunca zasniva se na izotopima deuterija i tricija. Deuterij se može ekstrahovati iz morske vode, dok se tricij može ekstrahovati iz litijuma . Oba elementa su nevjerovatno obilna, gotovo beskonačno obilna u poređenju sa uranijumom. Na primjer, deuterij u jednoj litri morske vode može proizvesti energetski ekvivalent tri stotine litara nafte.
Da bismo razumjeli energiju koja se oslobađa tokom fuzije, uzmite u obzir da samo nekoliko grama goriva može generirati teradžule: dovoljno da zadovolji energetske potrebe jedne osobe u razvijenoj zemlji tokom šest godina. Ovaj potencijal je predmet proučavanja u raznim istraživačkim projektima o obnovljivim izvorima energije i stvaranju vještačkih oblaka i njihovom uticaju na klimu.
Fuzijske reakcije također proizvode otpad. Većina je helijum, inertni gas. Međutim, proizvode se i male količine radioaktivnog otpada dobijenog iz tricijuma. Srećom, on se raspada mnogo brže od svog fisijskog otpada. Konkretno, može se ponovo upotrijebiti ili reciklirati za manje od 100 godina. S druge strane, neutronski tok proizveden tokom fuzije utiče na okolne materijale, koji postepeno postaju radioaktivni bez zaštite. Stoga će zaštita strukture reaktora biti još jedan ključni aspekt.
Kako djeluje kinesko umjetno sunce
Ok, sada imamo tricija i deuterijum goriva i osnovne principe rada. Ali kako tačno ovaj proces funkcioniše? Ovdje, dakle, počinju zamke pri prelasku s teorije na praksu.
Kao što se i očekivalo, bilo je potrebno primijeniti vrlo visoke pritiske i temperature - dovoljne da se gorivo pretvori u izuzetno vruću plazmu. Atomi se moraju sudarati jedni s drugima na temperaturama od najmanje 100 miliona stepeni Celzijusa, s dovoljnim pritiskom da ih toliko približi da nuklearna privlačnost nadvlada električno odbijanje.
Uspostavljanje grubog paralelizma je kao prevladavanje odbijanja dva magneta istog polariteta dok ih ne možete zalijepiti zajedno. Da bi se postigli ovi ekstremni uslovi, za fokusiranje goriva koriste se magnetna polja i moćni laserski snopovi. Jednom kada se dostigne stanje hipervruće plazme, gorivo se mora nastaviti dodavati dok se pokušava kontrolirati visoka emisija topline bez uništavanja reaktora.
Naravno, ne postoji materijal na svijetu koji može izdržati 100 miliona stepeni Celzijusa, a da se pritom trenutno ne otopi. Tu dolazi do izražaja ograničenje plazme, a to se postiže različitim vrstama reaktora, poput onog koji se proučava u kontekstu solarne energije.
Najnovija dostignuća u nuklearnoj fuziji
Kao što smo prvobitno očekivali, jedan od najnovijih događaja u nuklearnoj fuziji predstavlja Kinu. U maju 2021., istraživači sa Southwest Institute of Physics (SWIP) u Chengduu u Kini objavili su da je njihov reaktor HL-2M oborio sve rekorde u eksperimentima nuklearne fuzije.
Iako je riječ o složenom procesu, najveći izazov nije sama fuzija, kao što je postignuto u mnogim reaktorima posljednjih godina. Pravi izazov je njeno održavanje tokom vremena: malo ljudi je u stanju da je održi duže od nekoliko sekundi.
Tu su naučnici SWIP-a dobili svoju medalju: dostigli su temperaturu od 150 miliona stepeni Celzijusa za 101 sekundu. Prethodni rekord držala je Južna Koreja sa 20 sekundi.
Ovaj reaktor tipa tokamaka se reklamira kao "umjetno sunce", ali u stvarnosti je deset puta topliji od jezgra Sunca. Sve oči su sada uprte u najveći međunarodni projekat do sada: ITER. Ovaj masivni poduhvat, u kojem učestvuje 35 zemalja, upravo je završio svoju prvu fazu izgradnje. Ako sve bude u redu, konačni reaktor će moći generirati 500 megavata električne energije oko 2035. godine.
Nadam se da će vam ove informacije pomoći da saznate više o kineskom umjetnom suncu i njegovim karakteristikama.