Sa loob ng maraming siglo, pinangarap ng mga tao paggamit ng kapangyarihan ng araw upang pasiglahin ang ating buhay dito sa Earth. Ngunit gusto naming lumampas sa pagkolekta ng solar energy, at isang araw ay bumuo ng aming sarili mula sa isang mini-sun. Kung nagawa nating malutas ang isang lubhang komplikadong hanay ng mga problema sa agham at engineering, ang promo ng enerhiya ay isang pangako berde, ligtas, walang limitasyong pinagkukunan ng enerhiya. Mula sa makatarungan isang kilo ng deuterium na nakuha mula sa tubig bawat araw ay maaaring magkaroon ng sapat na kuryente sa kapangyarihan ng daan-daang libo ng mga tahanan.

Dahil ang 1950s, may siyentipiko at engineering na pananaliksik nakabuo ng napakalaking progreso patungo sa pagpilit ng mga atomo ng hydrogen upang magkasama sa isang reaksyon sa sarili - pati na rin ang isang maliit ngunit kapaki-pakinabang na halaga ng enerhiya ng pagsasanib. Ang mga may pag-aalinlangan at proponents magkamukha tandaan ang dalawang pinakamahalagang natitirang hamon: pagpapanatili ng mga reaksyon sa matagal na panahon at paggawa ng isang materyal na istraktura upang gamitin ang fusion power para sa kuryente.

Bilang mga mananaliksik sa fusion sa Princeton Plasma Physics Lab, alam namin na realistically, ang unang commercial fusion power plant ay hindi bababa sa 25 taon ang layo. Ngunit ang potensyal para sa mga outsize na benepisyo nito na dumating sa ikalawang kalahati ng siglong ito ay nangangahulugang dapat tayong magtrabaho. Ang mga malalaking demonstrasyon ng pagiging posible ng pagsasanib ay maaaring maganap mas maaga - at dapat, upang ang kapangyarihan ng pagsasanib ay maaaring isama sa pagpaplano para sa ating enerhiya sa hinaharap.

Hindi tulad ng iba pang mga anyo ng mga de-koryenteng henerasyon, tulad ng solar, natural gas at nuclear fission, ang pagsasanib ay hindi maaaring binuo sa maliit na larawan at pagkatapos ay simpleng pinaliit. Ang mga pang-eksperimentong hakbang ay malaki at may oras upang bumuo. Ngunit ang problema ng sagana, malinis na enerhiya ay a pangunahing pagtawag para sa sangkatauhan para sa susunod na siglo at higit pa. Magiging walang pakundangan na huwag mapagsamantalahan nang lubos ang pinaka-maaasahan sa mga mapagkukunan ng enerhiya.

Bakit ang kapangyarihan ng pagsasanib?

Sa pagsasanib, ang dalawang nuclei ng atom ng hydrogen (deuterium at tritium isotopes) fuse together. Ito ay medyo mahirap gawin: Ang parehong nuclei ay positibo na sisingilin, at samakatuwid ay pagtataboy sa bawat isa. Tanging kung ang mga ito ay gumagalaw lubhang mabilis kapag sila ay sumalungat sila bagsak magkasama, piyus at sa gayon ilabas ang enerhiya na kami ay matapos.

Ito ay nangyayari nang natural sa araw. Dito sa Daigdig, ginagamit namin ang makapangyarihang magneto upang maglaman ng labis na mainit na gas ng de-kuryente na deuterium at tritium nuclei at mga electron. Ang mainit, sisingilin na gas na ito ay tinatawag na isang plasma.

Ang plasma ay napakainit - higit sa 100 milyong grado na Celsius - na ang positibong sisingilin na nuclei ay mabilis na gumagalaw upang mapagtagumpayan ang kanilang mga elektrikal na pagtanggi at piyus. Kapag ang nuclei fuse, bumubuo ito ng dalawang energetic na mga particle - isang particle ng alpha (ang nucleus ng atom ng helium) at isang neutron.

Ang pag-init ng plasma sa gayong mataas na temperatura ay tumatagal ng malaking halaga ng enerhiya - na dapat ilagay sa reaktor bago magsimula ang fusion. Ngunit sa sandaling ito ay makakakuha ng pagpunta, fusion ay ang potensyal na upang makabuo ng sapat na enerhiya upang mapanatili ang sarili nitong init, na nagpapahintulot sa amin upang gumuhit ng labis na init upang maging kapaki-pakinabang na koryente.

Ang gasolina para sa kapangyarihan ng pagsasanib ay sagana sa kalikasan. Ang Deuterium ay sagana sa tubig, at ang reaktor mismo ay maaaring gumawa ng tritium mula sa lithium. At magagamit ito sa lahat ng mga bansa, karamihan ay malaya sa mga lokal na likas na yaman.

Ang kapangyarihan ng Fusion ay malinis. Hindi ito naglalabas ng mga gas sa greenhouse, at naglalabas lamang ng helium at neutron.

Ito ay ligtas. Mayroong walang posibilidad para sa isang tumakas na reaksyon, tulad ng "meltdown" ng nuclear-fission. Sa halip, kung mayroong anumang madepektong paggawa, ang plasma ay cooled, at ang reaksyon ng fusion ay titigil.

Ang lahat ng mga katangiang ito ay may motivated na pananaliksik para sa mga dekada, at naging mas kaakit-akit sa paglipas ng panahon. Ngunit ang mga positibo ay itinutugma ng makabuluhang pang-agham na hamon ng pagsasanib.

Pag-usad hanggang ngayon

Ang pag-unlad sa pagsasanib ay maaaring masukat sa dalawang paraan. Ang una ay ang napakalaking pagsulong sa pangunahing pag-unawa sa mataas na temperatura na plasmas. Ang mga siyentipiko ay kailangang bumuo ng isang bagong larangan ng pisika - plasma physics - Mag-isip ng mga pamamaraan upang ikulong ang plasma sa malakas na magnetic field, at pagkatapos ay magbabago ang mga kakayahan sa init, patatagin, kontrolin ang kaguluhan at sukatin ang mga katangian ng superhot na plasma.

Ang mga kaugnay na teknolohiya ay umunlad din nang sobra. Meron kami itulak ang mga hangganan sa magnet, at mga pinagkukunan ng electromagnetic wave at butas sa maglaman at magpainit ng plasma. Din namin na binuo pamamaraan kaya na ang mga materyales ay makatiis sa matinding init ng plasma sa mga kasalukuyang eksperimento.

Madaling ihatid ang mga praktikal na sukatan na sumubaybay sa martsa ng fusion sa komersyalisasyon. Ang pangunahin sa kanila ay ang kapangyarihan ng pagsasanib na nabuo sa laboratoryo: Ang henerasyon ng kapangyarihan ng Fusion ay tumataas mula sa milliwatts para sa microseconds sa 1970s sa 10 megawatts ng fusion power (sa Princeton Plasma Physics Laboratory) at 16 megawatts para sa isang segundo (sa Pinagsamang European Torus sa England) sa 1990s.

Isang bagong kabanata sa pananaliksik

Ngayon ang pandaigdigang pang-agham na komunidad ay nagtatrabaho sa pagkakaisa upang makagawa ng napakalaking pasilidad sa pananaliksik ng fusion sa France. Tinawag ITER (Latin para sa "paraan"), ang halaman na ito ay bubuo tungkol sa 500 megawatts ng thermal fusion power para sa mga walong minuto sa isang pagkakataon. Kung ang kapangyarihang ito ay nakumberte sa koryente, maaari itong magamit tungkol sa mga bahay ng 150,000. Bilang isang eksperimento, ito ay magpapahintulot sa amin na subukan ang susi sa agham at mga isyu sa engineering sa paghahanda para sa fusion kapangyarihan halaman na patuloy na gumana.

Ginagamit ng ITER ang disenyo na kilala bilang "tokamak, "Orihinal na isang acronym na Ruso. Ito ay nagsasangkot ng isang hugis-donut na plasma, na nakakulong sa isang napakalakas na magnetic field, na bahagyang nilikha ng mga kasalukuyang elektrikal na dumadaloy sa plasma mismo.

Kahit na ito ay dinisenyo bilang isang proyekto ng pananaliksik, at hindi inilaan upang maging isang net producer ng electric enerhiya, ang ITER ay makakapagdulot ng 10 na beses ng mas maraming fusion energy kaysa sa 50 megawatts na kailangan upang mapainit ang plasma. Ito ay isang malaking pang-agham na hakbang, ang paglikha ng unang "nasusunog na plasma, "Kung saan ang karamihan sa enerhiya na ginagamit upang mapainit ang plasma ay nagmumula sa pagsasanib ng reaksiyon mismo.

Ang ITER ay sinusuportahan ng mga gobyerno na kumakatawan sa kalahati ng populasyon sa mundo: China, European Union, India, Japan, Russia, South Korea at US Ito ay isang malakas na pang-internasyonal na pahayag tungkol sa pangangailangan, at pangako ng, enerhiya ng pagsasanib.

Ang kalsada ay pasulong

Mula dito, ang natitirang landas patungo sa fusion power ay may dalawang bahagi. Una, dapat tayong magpatuloy sa pananaliksik sa tokamak. Nangangahulugan ito ng pagsulong ng physics at engineering upang mapapanatili natin ang plasma sa isang matatag na estado para sa mga buwan sa isang pagkakataon. Kailangan naming bumuo ng mga materyales na makatiis ng isang halaga ng init na katumbas ng isang-ikalimang init pagkilos ng bagay sa ibabaw ng araw para sa mahabang panahon. At kailangan nating bumuo ng mga materyales na kumot ng reaktor core upang maunawaan ang neutrons at lahi tritium.

Ang pangalawang bahagi sa landas sa pagsasanib ay upang bumuo ng mga ideya na nagpapabuti sa pagiging kaakit-akit ng fusion. Apat na mga ideya ang:

1) Paggamit ng mga computer, i-optimize ang mga disenyo ng fusion reactor sa mga limitasyon ng physics at engineering. Higit sa kung ano ang maaaring kalkulahin ng mga tao, ang mga na-optimize na disenyo na ito ay makagawa pinaikot na mga hugis ng donut na lubos na matatag at maaaring awtomatikong gumana para sa mga buwan sa pagtatapos. Ang mga ito ay tinatawag na "stellarators" sa business fusion.

2) Pagbuo ng mga bagong mataas na temperatura superconducting magneto na maaaring mas malakas at mas maliit kaysa sa pinakamahusay na ngayon. Iyon ay magpapahintulot sa amin upang bumuo ng mas maliit, at malamang na mas mura, fusion reaktor.

3) Paggamit ng likidong metal, sa halip na isang solid, bilang materyal na nakapalibot sa plasma. Ang mga metal na likido ay hindi masira, na nag-aalok ng isang posibleng solusyon sa napakalawak na hamon kung paano ang isang nakapaligid na materyal ay maaaring kumilos kapag nakikipag-ugnayan ito sa plasma.

4) Mga sistema ng gusali na naglalaman ng hugis-donut na plasmas walang butas sa gitna, na bumubuo ng isang Ang hugis ng plasma ay halos katulad ng isang globo. Ang ilan sa mga pamamaraang ito ay maaari ding gumana sa isang weaker magnetic field. Ang mga "compact tori"At" mababang-patlang "approach din nag-aalok ng posibilidad ng pinababang laki at gastos.

Mga programang pananaliksik na sinusuportahan ng Gobyerno sa buong mundo ay gumagana sa mga sangkap ng parehong mga bahagi - at magreresulta sa mga natuklasan na makikinabang sa lahat ng mga diskarte sa fusion enerhiya (pati na rin ang aming pag-unawa sa plasmas sa kosmos at industriya). Sa nakalipas na 10 sa 15 na taon, Ang mga pribadong pondo ng kumpanya ay sumali rin sa pagsisikap, lalo na sa paghahanap ng mga compact tori at mababang field breakthroughs. Dumarating ang pag-unlad at magdudulot ito ng sagana, malinis, ligtas na enerhiya dito.

Tungkol sa Ang May-akda

Si Stewart Prager, Propesor ng Astrophysical Science, dating direktor ng Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University at Michael C. Zarnstorff, Deputy Director para sa Pananaliksik, Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

[Tandaan ng Editor: Narito ang isang mag-ingat ng mensahe tungkol sa enerhiya ng pagsasanib.]

Mga Kaugnay na Libro:

at InnerSelf Market at Amazon