İnsanoğlu nihai enerjiye doğru bir adım daha atıyor, MIT nükleer füzyon deneysel reaktörü rekoru kırıyor
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, 14 Ekim'de resmi web sitesinde, Massachusetts Institute of Technology'nin Plazma Bilimi ve Füzyon Araştırma Merkezi'ndeki bilim adamları ve mühendislerin kontrollü nükleer füzyonun gerçekleştirilmesi için büyük bir adım attıklarını duyurdu. Üniversitenin Plazma Bilimi ve Füzyon Araştırma Merkezi nın-nin Alcator C-Mod tokamak füzyon reaktörü, son deneyde bir dünya rekoru kırdı - Alcator C-Mod'un plazma basıncı 2 atmosferi aştı . Yüksek basınçlı plazma, kontrol edilebilir nükleer füzyona ulaşmada önemli bir faktördür. Bu rekor, cihazın en iyi performansını 2005 yılında% 15 daha artırmıştır.
Alcator C-Mod projesinin lideri kıdemli bilim insanı Earl Marmar, bugün Japonya'nın Tokyo kentinde düzenlenecek IAEA Fusion Energy Konferansı'nda deneysel sonuçların spesifik verilerini açıklayacak.
Kirletmeme avantajlarından dolayı neredeyse tükenmez hammadde (deniz suyu direkt kullanılabilir), yüksek güvenlik ve kazalardan daha az zarar, Nükleer füzyon uzun zamandır insanlığın özlem duyduğu "ideal enerji" olmuştur.
1950'lerden beri insanlık, kontrol edilebilir nükleer füzyonla ilgili araştırmalara başladı.
Massachusetts Institute of Technology'nin Alcator C-Mod nükleer füzyon reaktör ekipmanı 1993 yılında devreye alınmış ve 23 yıldır hizmette olup, 30 Eylül'de Doğu Saati'nde kapatılacaktır. Alcator C-Mod, yüksek sıcaklıktaki plazmayı sınırlandırmak için yüksek yoğunluklu manyetik alan kullanan Tokamak reaktörüdür * Dünyadaki tüm füzyon reaktörleri arasındadır. En güçlü manyetik alana ve en yüksek plazma basıncına sahip füzyon reaktörü .
* Toroidal makine olarak da bilinen Tokamak, manyetik hapsetme füzyonu elde etmek için manyetik hapsetme kullanan toroidal bir konteynerdir.Ayrıca kontrollü termonükleer füzyon enerjisi üretimi için en derin adaylardan biridir. . Tokamak kelimesi, dört kelimenin kısaltması olan Rusça kelimesinden türemiştir: halka (toroidal), vakum odası (kamera), mıknatıs (magnit) ve bobin (kotushka).
Son çalışmada, Alcator C-Mod plazma yüksek basınç önceki dünya rekorunu kırarak yeni bir rekor kırdı ve perde kapatıldı. Plazma basıncı, nükleer füzyon reaksiyonlarının üretiminde kilit bir faktördür.MIT'nin en son deneysel sonuçları, ilk kez ikiden fazla atmosfere ulaştı ve insanlığa daha temiz ve daha güvenli enerji yaratma umudu getirdi.
50 yıldan daha uzun bir süre önce, teorik fizikçiler yeryüzünde kontrollü nükleer füzyon elde etmek için plazmanın üç koşulu karşılaması gerektiğini kanıtladılar:
-
Sıcaklık 50 milyon santigrat derecenin üzerinde olmalıdır;
-
Yüksek basınç altında stabil olmalıdır;
-
Belirli bir alanda sınırlandırılmalıdır.
Bu üç koşul daha sonra spesifik parametrelerin ayrıntılarında uygulanır, yani plazma partikül yoğunluğu, hapsetme süresi ve sıcaklığın üç parametresinin ürünü, belirli bir eşiğin altında olmamalıdır ("üçlü ürün" olarak da adlandırılır). Bu eşiğe ulaştıktan sonra, kısıtlı nükleer füzyon pozitif enerji çıktısı üretebilir, yani salınan enerji tüketilen enerjiden daha büyüktür. Basınç, yoğunluk ve sıcaklığın ürünü olduğundan, çıkış enerjisi karesiyle orantılıdır, yani basınç orijinalin iki katına ulaşırsa, açığa çıkan enerji orijinalin dört katına ulaşacaktır. Bu nedenle basınç, kontrol edilebilir nükleer füzyonun temel göstergelerinden biri haline geldi.
Alcator C-Mod Tokamak Fusion Experimental Device'ın 23 yıllık hizmet kariyerinde, Manyetik hapsetme füzyon plazma basıncı için defalarca dünya rekorunu kırdı. . 2005 yılında, Alcatel C-tipi cihaz 1.77 atmosferlik bir dünya rekoru yarattı.
Bugün, 2.05 atmosfer dünya rekoru 2005 rekorundan% 15 arttı ve karşılık gelen sıcaklık, güneşin çekirdeğinin iki katı olan 35 milyon santigrat dereceye ulaştı.
Alcator C-Mod cihazı, dünyanın tek gelişmiş boşluk yapısına sahip, dünyadaki üçüncü güçlü manyetik alan tokamaktır. Güçlü manyetik alana sahip kompakt bir nükleer füzyon tokamak cihazına aittir. . Alcator C-Mod cihazındaki plazma her saniye oluşur 300 trilyon füzyon reaksiyonu Merkezindeki manyetik alan şiddeti, 5,7 Tesla (Dünya'nın manyetik alanının 115.000 katı) . Plazmadaki akım yoğunluğu ulaşır 1,4 milyon amper , Plazmadaki nükleer füzyon gücü, 4 milyon watt . Plazma hacmi sadece 1 metreküp , Süre 2 tam saniye .
Benzer hacimli diğer tokamak olmayan manyetik hapsetme füzyon sistemleri ile karşılaştırıldığında, Alcator C-Mod cihazı Manyetik alan gücü 50 kat daha fazladır Ve diğer tokamak cihazlarıyla karşılaştırıldığında, İyonik vücut basıncı en az% 70 daha yüksektir.
Sonuçlar sevindiricidir ve Alcator C-Mod araştırma grubu mutludur
Alcator C-Mod cihaz rekorunu kırması muhtemel tek şey yapım aşamasında Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER).
ITER aynı zamanda bir tokamak cihazıdır, hacmi AlcatorC-Mod cihazından 800 kat daha büyüktür, ancak manyetik alan AlcatorC-Mod cihazı kadar güçlü değildir. ABD Enerji Bakanlığı'nın son raporuna göre, ITER 2036'da kullanıma girdikten sonra, üretim yapması bekleniyor. 2.6 atmosfer Basınçlı plazma Başka bir deyişle, şimdi bu kayıt, En az 15 yıl .
Ayrıca Alcator C-Mod cihazı, faaliyete geçtiği günden bu yana enerji deneylerinin temelini oluşturmuş, yüzlerce bilim insanı ve mühendise ulaşmış, yaklaşık 200 doktora tezine, proje işbirliğine ve bilimsel atılımlara ilham kaynağı olmuştur. Denilebilir Alcator C-Mod, bir nesil plazma bilim insanı için bir eğitim alanıdır .
MIT'nin AlcatorC-Mod reaktörü gelecekteki füzyon enerjisi araştırmaları için neden bu kadar önemli? Video kaynağı: MIT Nükleer Bilimler ve Mühendislik Bölümü
Bununla birlikte, Alcator C-Mod cihazı füzyon araştırmalarına parlak katkılar sağlamış olsa da, "akıllı kadınlar pirinçsiz yemek yapamazlar" tarafından da tuzağa düşürülmüştür. 2012 yılında yetkili makamı olan ABD Enerji Bakanlığı, ITER projesi için fon ayırmaya karar verdi. , Kongrede son üç yıllık hibe Bu yıl 30 Eylül'de sona erdikten sonra , Alcator C-Mod cihazı kapatılmalıdır.
Hükümet yetkilileri nükleer füzyon araştırmalarını destekleyip desteklemeyeceklerini tartışıyorlar. Beyaz Saray, Hazine Bakanlığı'nın 438 milyon dolarlık füzyon bilimi projesinin 2017'deki toplam bütçesinin% 9,2 oranında azaltılacağını umuyor. Senato, bunu 280 milyon ABD dolarına daha da düşürmek istiyor, ancak ITER projesine yapılan yatırımı değiştirmeden tutmayı ve fonları diğer enerji projelerine yeniden tahsis etmeyi gerektiriyor. Bu açıdan bakıldığında, nükleer füzyon enerji projelerine ilişkin bir bütçe anlaşmasına varmak için ABD'li yasa koyucuların birkaç ay çalışması gerekecek.
Alcator C-Mod laboratuvarının bir köşesi
Perde yok, diriliş kanla dolu
Earl Marmar, 2002'den beri Alcator C-Mod projesinin başıdır. Onun komutası altındaki Alcator C-Mod tokamak reaktörü "tam güçte hızla koştu, hızla koştu ve asla kaçmadı." .
Marma şöyle dedi: " Son birkaç yılda çok çalıştık. Sonuç olarak yeni bir sonuç aldık ve ekipmana zarar vermedik . Şu anda bile uygulanmayı bekleyen birçok yeni fikrimiz var ve C-Mod döneminin sonu çok erken. "
Marma'ya göre, Hükümet, C-Mod'un güvenli bir şekilde kapatılmasını sağlamak için mali destek sağlıyor. Şu anda herhangi bir plan olmasa da, Ama belki gelecekte bir ara, C-Mod tam kanla dirilecek . Şu anda yeni bir yönde çalışıyoruz. "
Dennis Whyte, Plazma Bilimi ve Füzyon Araştırma Merkezi'nin direktörü ve MIT Nükleer Enerji Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nün direktörüdür. Ayrıca şunları söyledi: "Şu anda başka bir işbirliği arayışında olsak da, hiçbir yer evde C-Mod gibi hissetmiyor. Ancak burada öğrenilen ve biriktirilen deneyimi diğer tokamak ekipmanlarında kullanmak için elimizden geleni yapacağız. . "
Alcator C-Mod'un son operasyonu herkesi şaşırttı - yine sınırı aştı, Yüksek sıcaklıklı plazmanın basıncını sınırlamak için manyetik alan için en son dünya rekorunu kırın. C-Mod ekipmanındaki yüksek sıcaklık plazma basıncı, 2.05 atmosfer kadar yüksektir ve bu, dünyadaki diğer tüm Tokamak reaktörlerinin performansının neredeyse iki katıdır!
White, "Temel fark, C-Mod'un işletim teknolojisinde yatıyor: Yüksek yoğunluklu manyetik alan . C-Mod'un mükemmel performansı, Yüksek yoğunluklu manyetik alan nükleer füzyon biliminin gitmeye hazır olduğunu kanıtlamak yeterlidir. . ITER gibi maliyetli bir proje için bile, amaç yalnızca 2,8 atmosfer elde etmektir ve 20 yılda hedef budur! "
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü eşi görülmemiş başarısı için tezahürat ederken, Princeton Üniversitesi'ndeki nükleer füzyon bilim adamları biraz üzgün. Daha önce, yeni yükseltilmiş nükleer reaktörleri, bir bobin arızası nedeniyle bir yıllığına çevrimdışı sipariş edilmişti.
Sonuç olarak, Birleşik Devletler Şu anda, yalnızca bir büyük nükleer füzyon reaktörü hala çalışmaktadır Bu, nükleer füzyon biliminin gelişimi için bir başka zorluktur. .
Alcator C-Mod laboratuvarının bir köşesi
Ancak Profesör White kendine güven duyuyor: "İnanılmaz bir nükleer füzyon bilim adamları ve mühendisleri ekibi topladık. C-Mod laboratuvarında geliştirilen açık düşünce ve işbirlikçi ruh bir rol oynamaya devam edecek. Eğitilen öğrenciler araştırmaya ve bunu pratik hale getirmeye devam ediyor. Herkes Hepimiz heyecanlıyız ve iyimserliğin her zaman orada olacağını umuyoruz. Tüm dünyaya bakmalı ve nükleer füzyon biliminin gelişimini hızlandırmalıyız. "
Nükleer füzyon bilimi MIT'den doğdu
MIT'deki Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi'nin müdür yardımcısı Martin Greenwald, yeni projelere başvurmak için çok çalışıyor. Greenward şöyle dedi: " C-Mod'un kapanışı sadece bölümlerin sonu ve yeni bir bölüm açılmak üzere. Ekipmanın bir yaşam döngüsü var, çalışırken araştırma yapıyoruz, kapatıldıklarında da araştırma yapmaya devam etmemiz gerekiyor. "
Greenward, Bugün füzyon bilimi alanındaki en etkili kavramların çoğu MIT'den kaynaklandı . 1971 gibi erken bir tarihte, ilk patentli Alcator reaktör ekipmanı, yüksek yoğunluklu manyetik alan füzyon yöntemlerinin çalışmasına odaklanmıştı. Greenward şunları söyledi: "O zaman, manyetik alan araştırma grubumuz, temelde günümüzün füzyon biliminin varsayılan temeli haline gelen ve büyük nükleer füzyon ekipmanlarına uygulanan süper iletken mıknatısları gerçekleştirme yöntemini icat etti. Şimdi, mıknatıs teknolojisinin gelişimini teşvik etmeye devam etmek istiyoruz."
Nükleer füzyon reaksiyonu gerçekleştirmek istiyorsanız, Öncelikle çekirdek ve elektronları ayırmak için maddenin sıcaklığı arttırılmalıdır.Bu haldeki maddeye "plazma" denir. . Bu sıcaklığın, güneşin çekirdeğinin sıcaklığından çok daha yüksek olan 100 milyon santigrat dereceyi geçmesi gerekiyor. Bu durumda, Manyetik alan, yüksek sıcaklıktaki plazmayı reaktör duvarlarından izole etmenin tek güvenilir yoludur. . Greenward, "Şu anda, C-Mod üzerinde gerekli plazma konsantrasyonunu ve sıcaklığını elde ettik, ancak Alcator reaktörü nispeten küçük olduğu için üretilen enerji ve tüketilen enerji eşdeğerdir" dedi.
Şu anda, Nükleer füzyon bilim adamlarının araştırma odağı, füzyon reaktörünün net enerji çıktısını elde etmesini sağlamanın bir yolunu bulmaktır. . ITER'e benzer dev bir tokamak reaktörünün inşası çok fazla harcama gerektiriyor. ITER projesinin toplam uluslararası harcaması, orijinal tahminin 10 katı olan 50 milyar ABD Dolarını aştı. Programın 10 yıl gerisinde olan 2027'den önce enerji deneylerinin yapılmayacağı tahmin ediliyor.
Ancak Greenward, başka yollar da olabileceğini söyledi.
Greenward, MITleri ifade eder " ARC nükleer füzyon reaktörü ", ARC'nin adı bilim kurgu filmi" Demir Adam "" Uygun fiyatlı (ekonomik), Sağlam (güçlü), Kompakt (kısa) "'dan geliyor. ARC reaktörü, gelişmiş malzemelere ve manyetik alan teknolojisine daha fazla dayanan küçük, modüler bir reaktördür. Hatta büyük bir reaktörün boyutunun ve bütçesinin onda birine kadar küçültülebilir.
Elbette, ARC araştırma ve deneylerine başlamak için MIT'nin özel finansman bulması gerekiyor.
Advanced Diverter Experiment (ADX) başka bir MIT projesidir ve boyutu C-Mod'a benzer, ancak tasarımı farklıdır. ADX, nükleer füzyon deneylerinde karşılaşılan temel sorunları çözmek için araştırmacıların füzyon ortamında daha yüksek sıcaklıkta plazma davranışını, plazma ve malzeme yüzeyi arasındaki etkileşimi ve yapısal malzemelerin davranışını kavramalarına yardımcı olacaktır. MIT şimdi Enerji Bakanlığı'ndan ADX fonu vermesini istedi.
Alcator C-Mod laboratuvarının bir köşesi
Genç inovasyon gücü
On yıl önce Dennis White, nükleer füzyon projesiyle MIT'ye geldi veya daha spesifik olarak White, MIT öğrencilerinin öğrendiklerini dünyanın en iyi füzyon reaktör ekipmanına uygulayabileceklerini gördü.
White şu anda Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü dekanı ve aynı zamanda PSFC'nin de dekanıdır. Dedi ki: "Bugün, C-Mod ön cephedeki deneycilerin yaklaşık üçte biri öğrencilerdir ve gençler yeniliğin ana gücüdür. Eski teorileri yansıtırlar ve füzyon bilimi alanına yeni yenilikler enjekte ederler. Modern araştırma yöntemlerinin geliştirilmesine öncülük ederler. "
Beyaz takımın gençleşmesi bu noktayı gösteriyor. 17 kişiden 9'u 40 yaşın altında . White, "Yeni nesil genç nükleer füzyon bilim adamlarının yenilikçi gücü sınırsızdır. Sadece birkaç yıl önce net enerji çıktısını alamayacağımızı hissettik. Ama birdenbire daha özlü ve verimli icat etme fırsatımız oldu. Reaktör ekipmanı. " Bu aslında yeni nesil süper iletken malzemelerin geliştirilmesinden ve Alcator C-Mod'un öncülüğünü yaptığı ve füzyon enerjisi elde etmek için yüksek mukavemetli manyetik alanların kullanımının avantajlarını doğrulayan yeni tasarım yönteminden kaynaklanıyor. .
"Bu yüzden MIT harika. Burası bu yaratıcı gençleri bir araya getiriyor ve burada onlara yeniden düşünme ve cesaretle deneme ve kendilerini adama ve yetenekle dünyayı daha iyi bir yer haline getirme gücü veriyor. Ve onlar da yapıyorlar. Geldi. "
Derleme: Ion Heart, Li Pan
Referans:
