Засилва се надпреварата в сферата на термоядрения синтез
Ако учените съумеят да обуздаят нуклеарния синтез – процесът, който протича в недрата на нашето Слънце, то той ще даде на човечеството на процедура безконечен източник на чиста сила. Но и до през днешния ден по време на многочислените опити никой по този начин и не съумя да получи повече сила, в сравнение с се изразходва за пускане и поддържане на този развой. Редовно се появяват вести за реализирани върхове в областта на термоядрения синтез, само че към този момент никой не е съобщил, че е получил повече сила, в сравнение с е изразходвал. Последно време се появиха значителен брой частни компании, като всяка от тях желае към 2030-та година да бъде първата, основала термоядрен реактор, който може да подава електрическа сила за потребностите на семействата и заводите . Нека се задълбочим малко повече и да се опитаме да разберем до каква степен близо сме до реализирането на пробив в тази област.
На извънредно амбициозния план ITER преди две години, като това се смята за най-голямата научна и инженерна строителна площадка на новия век. Оттогава планът нарастна до 22 милиарда щ. $, а неговото строителство във Франция е в разгара си, като в този момент се построява системата за отклоняване и разпръскване на топлината. ITER е най-сложното техническо оборудване в историята на човечеството. Основната структура се състои от над два милиона елементи. Това е повече, в сравнение с са детайлите в Големия Адронен Колайдер. Експертите го назовават ‘най-големият пъзел в света’.
пандемията забави работата върху ITER, само че първите опити за реализиране на ефикасен термоядрен синтез са оповестени за 2025 година, което е едно напълно близко бъдеще. Въпреки това в разнообразни ъгълчета на целия свят се организират многочислени опити в по-малки мащаби благодарение на най-различни пробни термоядрени реактори. Нека да се спрем върху техните триумфи и смисли.
В дълбините на нашето Слънце под въздействието на големите температури и гравитация в продължение на милиарди години протича реакцията на термоядрения синтез. При нея водородните ядра се сблъскват и образуват по-тежките атоми на хелия, като при този развой се излъчват неутрони и голямо количество сила, с помощта на която е зародил и се поддържа живота на нашата планета.
За да се сътвори едно сходно дребно Слънце в земни условия е належащо да бъде основана плазма, която да не се допира до нищо, което се реализира благодарение на мощни магнитни полета. ITER да вземем за пример, работи по следния метод:
Няколко грама газообразни деутерий и тритий се вкарват в голяма камера във тип на тор. Това е по този начин нареченият реактор вид токамак. Газът се нагрява до момента в който не се трансформира в йонизирана плазма Плазмата се удържа в устойчиво положение благодарение на комплицирана система от свръхпроводящи индуктивности При постигане температура на плазмата от равнище на 150 милиона градуса по Целзий стартира реакцията на синтез По време на реакцията на синтез напълно малко количество маса се преобразува в голямо количество сила, най-вече във тип на топлота. Процесът доста наподобява на това, което се случва дълбините на нашата звезда Водата, която циркулира в стените на тора, гълтам тази топлота и се трансформира в пара Тази пара задвижва мощна турбина, която генерира електрическа сила. За страдание, към сегашен ден човечеството не е измислило нищо по-ефективно. Ако някой откри метод за директното превръщане на нуклеарната сила в електрическа, вероятно ще получи няколко нобелови награди
Енергийният рекорд
Учените, които вземат участие в плана на пробния реактор оповестиха предходната седмица за реализиран международен връх по количеството генерирана сила, получена от сливането на атоми. Предишният връх се задържа в продължение на 24 години и бе строшен през месец ноември 2021. По време на този опит учените в границите на пет секунди са получили 59 мегаджаула сила при мощ 11 мегавата. Това е над два пъти повече от силата получена през 1997 година.
За да слагат този връх на 21 декември в пробният термоядрен реактор JET е употребявано особено гориво, основано на тритий. Това е тъкмо същото гориво, което ще се употребява и при ITER. Тритият е рядко срещан радиоактивен изотоп на водорода, който при сливането с деутерий излъчва доста повече неутрони спрямо термоядрената реакция, в която се употребява само деутерий. Това усилва количеството получена сила. Реакторът JET бе осъвременен в продължение на две години, с цел да може да реализира тези параметри.
Токамакът JET по време на подтик с дълготрайност 5 секунди съумя да създаде 59 мегаджаула сила. При предходния връх за 4 секунди бяха получени 21,7 мегаджаула.
Тези краткотрайни опити с генерирането на неголямо количество сила са извънредно значими за струпване на нужните знания по отношение на нагряването, охлаждането и придвижването на плазмата в термоядрения реактор. Но един от най-важните параметри, който демонстрира бъдещите благоприятни условия на комерсиалните реактори с термоядрен синтез е съотношението на изходната мощ по отношение на употребяваната, като това съответствие нормално се отбелязва посредством признака Q . Ако този коефициент стане еднакъв на единица, това ще бъде огромен пробив, тъй като ще значи, че нуклеарната реакция протича без загуби. При опита от предходната седмица термоядреният реактор JET поддържаше параметъра Q=0,33 в продължение на 5 секунди.
Учените обръщат внимание на това, че размерът на JET е 10 пъти по-малък от този на ITER и вършат съпоставяне, че това е все едно вана спрямо басейн. Малкият пробен реактор по-бързо губи топлината и от него не се и чака постигането на термоядрена реакция без загуби. Според формираните компютърни модели, ITER би трябвало да реализира Q с значение 10 .
JET напълно тъкмо реализира нужни резултат, който бе получен посредством формираните компютърни модели. Същите модели демонстрират, че и ITER ще реализира доста положителни индикатори. Резултатите от JET дават опция за струпване на знания и статистика, които ще се употребяват за прогнозиране работата на ITER и до каква степен елементарно този реактор ще може да се ръководи.
Времевият рекорд
В началото на тази година заяви за връх по дълготрайност на удържане на плазмата. Институтът по физически науки на Хефей употребява собствен личен пробен усъвършенства свръхпроводящ токамак (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST ). Тази апаратура е също един изпитателен полигон, с помощта на който също се натрупват знания, които ще се употребяват при ITER. Въпреки обтегнатите връзки, сега китайските учени, както и техните сътрудници от няколко десетки страни, взаимно работят върху този общ интернационален план.
Преди една година в EAST бе реализирана температура на плазмата 120 милиона градуса по Целзий и зародилата термоядрена реакция бе удържана в продължение на 101 секунди. А в края на 2021-ва EAST сложи връх по резистентност на високата температура. Плазмата в китайския токамак бе нагрята до температура 70 милиона градуса по Целзий, а реакцията остана в устойчиво положение в продължение на 1056 секунди – най-дългото време в историята на термоядрените реактори.
До прибавим, че през 2020 година свръхпроводящ токамак съумя да удържи високотемпературна плазма в продължение на 20 секунди. Температурата на плазмата и времето на нейното удържане с всяка една минала година порастват. Корейските и китайските учени слагат връх след връх, само че постигнатото от Поднебесната в края на предходната година е доста повече.
Тези съоръжения също са пробни и при тях въобще не е и планувано генерирането на потребна сила. Китайските учени по този метод натрупват знание и статистики, и по този метод основават нови технологии, които са нужни за поддържането на постоянна термоядрена реакция в токамака.
Частните компании
Според оповестения неотдавна доклад на Fusion Industry Association, към сегашен ден в света има над 30 частни компании, които работят в областта на термоядрения синтез. 18 от тях оповестиха за привлечени вложения на обща сума над 2,4 милиарда щ. $ от разнообразни капиталови фондове. Една от тях е TAE Technologies, в която бяха вложени над 880 милиона щ. $ от Goldman Sachs, семейството Рокфелер, и от съоснователя на Майкрософт Пол Алън.
TAE Technologies употребява напълно друга форма на реактора. Това не е съвършен тор, а продълговат цилиндър с дължина 30 метра. За поддържането и ръководството на високотемпературната плазма е нужна профилирана компютърна система. Използват се най-новите компютърни логаритми на Гугъл.
Всички съставни елементи и детайли на оборудването на термоядрения реактор C2W Norman на TAE Technologies се вършат благодарение на специфичните логаритми с детайли на изкуствен интелект на Гугъл. За провеждането на другите опити се употребява машинно образование. Учените настояват, че тези логаритми дават опция за един ден да се вземат решение проблеми, за които нормално са нужни два месеца.
При C2W Norman две кълба от плазма се сблъскват със свръхзвукова скорост навътре в особено проектирана тръба. За гориво на плазмата се употребяват водород и бор, които желаят извънредно високи температури – става дума за няколко милиарда градуса по Целзий. Звучи прекомерно фантастично, само че създателите на този план са сигурни, че ще могат да реализират това значение, което ще стане благодарение на ускорител на частици.
TAE Technologies обявиха, че до 2030 година ще показват на пазара първия комерсиален и в това време тестов термоядрен реактор. И другите частни компании показват 2030-те години като време на подем на силата от. Правят се многочислени паралели с галактическия бранш, който преди време се развиваше благодарение на страните, само че през последните десетина години от ден на ден разчита на частната самодейност.
От друга страна учените, които не работят в частните компании, са доста по-малко оптимистични. Те са на мнение, че частните компании ще имат потребност от десетилетия единствено с цел да намерят нужните спонсори.
Британската, която работи взаимно с ЦЕРН и американската Commonwealth Fusion Systems, която е дъщерна компания на Масачузетския софтуерен институт, не са съгласни с това мнение. Още през 2025 година тези компании имат намерение да показват работата на кълбовиден токамак, който е доста по-малък от ITER . Този термоядрен реактор е с мощ към 100 мегавата, като смисъла Q при него ще бъде позитивно цяло число.
Оптимизмът на британците се дължи най-вече на новите типове магнити, които са направени от ленти високотемпературни свръхпроводящи материали. CFS употребява магнити от итрий-барий-меден оксид. Това е извънредно значимо, тъй като всички свръхпроводящи материали стават свръхпроводници при температури доста по-ниски от температурата на околната среда и имат потребност от мощно изстудяване. ITER да вземем за пример, има великански свръхпроводящи магнити и комплицирана система на изстудяване, в която се употребява течен хелий.
От друга страна, високотемпературните свръхпроводници могат да бъдат охлаждани от течен азот, който е доста по-евтин и по-лесен за потребление и запазване. Очакванията са тези нови магнити да се окажат нещо като същинска приказка за силата от термоядрен синтез.
Очертава се такава обстановка, че единствено след някакви си три години ще можем със личните си очи да забележим дали частната самодейност ще успее да изпревари интернационалната общественост от учени, поддържани от другите страни. Може би ще станем и очевидци на първия термоядрен реактор, който ще подаде сила за фабриките и домовете.
На извънредно амбициозния план ITER преди две години, като това се смята за най-голямата научна и инженерна строителна площадка на новия век. Оттогава планът нарастна до 22 милиарда щ. $, а неговото строителство във Франция е в разгара си, като в този момент се построява системата за отклоняване и разпръскване на топлината. ITER е най-сложното техническо оборудване в историята на човечеството. Основната структура се състои от над два милиона елементи. Това е повече, в сравнение с са детайлите в Големия Адронен Колайдер. Експертите го назовават ‘най-големият пъзел в света’.
пандемията забави работата върху ITER, само че първите опити за реализиране на ефикасен термоядрен синтез са оповестени за 2025 година, което е едно напълно близко бъдеще. Въпреки това в разнообразни ъгълчета на целия свят се организират многочислени опити в по-малки мащаби благодарение на най-различни пробни термоядрени реактори. Нека да се спрем върху техните триумфи и смисли.
В дълбините на нашето Слънце под въздействието на големите температури и гравитация в продължение на милиарди години протича реакцията на термоядрения синтез. При нея водородните ядра се сблъскват и образуват по-тежките атоми на хелия, като при този развой се излъчват неутрони и голямо количество сила, с помощта на която е зародил и се поддържа живота на нашата планета.
За да се сътвори едно сходно дребно Слънце в земни условия е належащо да бъде основана плазма, която да не се допира до нищо, което се реализира благодарение на мощни магнитни полета. ITER да вземем за пример, работи по следния метод:
Няколко грама газообразни деутерий и тритий се вкарват в голяма камера във тип на тор. Това е по този начин нареченият реактор вид токамак. Газът се нагрява до момента в който не се трансформира в йонизирана плазма Плазмата се удържа в устойчиво положение благодарение на комплицирана система от свръхпроводящи индуктивности При постигане температура на плазмата от равнище на 150 милиона градуса по Целзий стартира реакцията на синтез По време на реакцията на синтез напълно малко количество маса се преобразува в голямо количество сила, най-вече във тип на топлота. Процесът доста наподобява на това, което се случва дълбините на нашата звезда Водата, която циркулира в стените на тора, гълтам тази топлота и се трансформира в пара Тази пара задвижва мощна турбина, която генерира електрическа сила. За страдание, към сегашен ден човечеството не е измислило нищо по-ефективно. Ако някой откри метод за директното превръщане на нуклеарната сила в електрическа, вероятно ще получи няколко нобелови награди
Енергийният рекорд
Учените, които вземат участие в плана на пробния реактор оповестиха предходната седмица за реализиран международен връх по количеството генерирана сила, получена от сливането на атоми. Предишният връх се задържа в продължение на 24 години и бе строшен през месец ноември 2021. По време на този опит учените в границите на пет секунди са получили 59 мегаджаула сила при мощ 11 мегавата. Това е над два пъти повече от силата получена през 1997 година.
За да слагат този връх на 21 декември в пробният термоядрен реактор JET е употребявано особено гориво, основано на тритий. Това е тъкмо същото гориво, което ще се употребява и при ITER. Тритият е рядко срещан радиоактивен изотоп на водорода, който при сливането с деутерий излъчва доста повече неутрони спрямо термоядрената реакция, в която се употребява само деутерий. Това усилва количеството получена сила. Реакторът JET бе осъвременен в продължение на две години, с цел да може да реализира тези параметри.
Токамакът JET по време на подтик с дълготрайност 5 секунди съумя да създаде 59 мегаджаула сила. При предходния връх за 4 секунди бяха получени 21,7 мегаджаула.
Тези краткотрайни опити с генерирането на неголямо количество сила са извънредно значими за струпване на нужните знания по отношение на нагряването, охлаждането и придвижването на плазмата в термоядрения реактор. Но един от най-важните параметри, който демонстрира бъдещите благоприятни условия на комерсиалните реактори с термоядрен синтез е съотношението на изходната мощ по отношение на употребяваната, като това съответствие нормално се отбелязва посредством признака Q . Ако този коефициент стане еднакъв на единица, това ще бъде огромен пробив, тъй като ще значи, че нуклеарната реакция протича без загуби. При опита от предходната седмица термоядреният реактор JET поддържаше параметъра Q=0,33 в продължение на 5 секунди.
Учените обръщат внимание на това, че размерът на JET е 10 пъти по-малък от този на ITER и вършат съпоставяне, че това е все едно вана спрямо басейн. Малкият пробен реактор по-бързо губи топлината и от него не се и чака постигането на термоядрена реакция без загуби. Според формираните компютърни модели, ITER би трябвало да реализира Q с значение 10 .
JET напълно тъкмо реализира нужни резултат, който бе получен посредством формираните компютърни модели. Същите модели демонстрират, че и ITER ще реализира доста положителни индикатори. Резултатите от JET дават опция за струпване на знания и статистика, които ще се употребяват за прогнозиране работата на ITER и до каква степен елементарно този реактор ще може да се ръководи.
Времевият рекорд
В началото на тази година заяви за връх по дълготрайност на удържане на плазмата. Институтът по физически науки на Хефей употребява собствен личен пробен усъвършенства свръхпроводящ токамак (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST ). Тази апаратура е също един изпитателен полигон, с помощта на който също се натрупват знания, които ще се употребяват при ITER. Въпреки обтегнатите връзки, сега китайските учени, както и техните сътрудници от няколко десетки страни, взаимно работят върху този общ интернационален план.
Преди една година в EAST бе реализирана температура на плазмата 120 милиона градуса по Целзий и зародилата термоядрена реакция бе удържана в продължение на 101 секунди. А в края на 2021-ва EAST сложи връх по резистентност на високата температура. Плазмата в китайския токамак бе нагрята до температура 70 милиона градуса по Целзий, а реакцията остана в устойчиво положение в продължение на 1056 секунди – най-дългото време в историята на термоядрените реактори.
До прибавим, че през 2020 година свръхпроводящ токамак съумя да удържи високотемпературна плазма в продължение на 20 секунди. Температурата на плазмата и времето на нейното удържане с всяка една минала година порастват. Корейските и китайските учени слагат връх след връх, само че постигнатото от Поднебесната в края на предходната година е доста повече.
Тези съоръжения също са пробни и при тях въобще не е и планувано генерирането на потребна сила. Китайските учени по този метод натрупват знание и статистики, и по този метод основават нови технологии, които са нужни за поддържането на постоянна термоядрена реакция в токамака.
Частните компании
Според оповестения неотдавна доклад на Fusion Industry Association, към сегашен ден в света има над 30 частни компании, които работят в областта на термоядрения синтез. 18 от тях оповестиха за привлечени вложения на обща сума над 2,4 милиарда щ. $ от разнообразни капиталови фондове. Една от тях е TAE Technologies, в която бяха вложени над 880 милиона щ. $ от Goldman Sachs, семейството Рокфелер, и от съоснователя на Майкрософт Пол Алън.
TAE Technologies употребява напълно друга форма на реактора. Това не е съвършен тор, а продълговат цилиндър с дължина 30 метра. За поддържането и ръководството на високотемпературната плазма е нужна профилирана компютърна система. Използват се най-новите компютърни логаритми на Гугъл.
Всички съставни елементи и детайли на оборудването на термоядрения реактор C2W Norman на TAE Technologies се вършат благодарение на специфичните логаритми с детайли на изкуствен интелект на Гугъл. За провеждането на другите опити се употребява машинно образование. Учените настояват, че тези логаритми дават опция за един ден да се вземат решение проблеми, за които нормално са нужни два месеца.
При C2W Norman две кълба от плазма се сблъскват със свръхзвукова скорост навътре в особено проектирана тръба. За гориво на плазмата се употребяват водород и бор, които желаят извънредно високи температури – става дума за няколко милиарда градуса по Целзий. Звучи прекомерно фантастично, само че създателите на този план са сигурни, че ще могат да реализират това значение, което ще стане благодарение на ускорител на частици.
TAE Technologies обявиха, че до 2030 година ще показват на пазара първия комерсиален и в това време тестов термоядрен реактор. И другите частни компании показват 2030-те години като време на подем на силата от. Правят се многочислени паралели с галактическия бранш, който преди време се развиваше благодарение на страните, само че през последните десетина години от ден на ден разчита на частната самодейност.
От друга страна учените, които не работят в частните компании, са доста по-малко оптимистични. Те са на мнение, че частните компании ще имат потребност от десетилетия единствено с цел да намерят нужните спонсори.
Британската, която работи взаимно с ЦЕРН и американската Commonwealth Fusion Systems, която е дъщерна компания на Масачузетския софтуерен институт, не са съгласни с това мнение. Още през 2025 година тези компании имат намерение да показват работата на кълбовиден токамак, който е доста по-малък от ITER . Този термоядрен реактор е с мощ към 100 мегавата, като смисъла Q при него ще бъде позитивно цяло число.
Оптимизмът на британците се дължи най-вече на новите типове магнити, които са направени от ленти високотемпературни свръхпроводящи материали. CFS употребява магнити от итрий-барий-меден оксид. Това е извънредно значимо, тъй като всички свръхпроводящи материали стават свръхпроводници при температури доста по-ниски от температурата на околната среда и имат потребност от мощно изстудяване. ITER да вземем за пример, има великански свръхпроводящи магнити и комплицирана система на изстудяване, в която се употребява течен хелий.
От друга страна, високотемпературните свръхпроводници могат да бъдат охлаждани от течен азот, който е доста по-евтин и по-лесен за потребление и запазване. Очакванията са тези нови магнити да се окажат нещо като същинска приказка за силата от термоядрен синтез.
Очертава се такава обстановка, че единствено след някакви си три години ще можем със личните си очи да забележим дали частната самодейност ще успее да изпревари интернационалната общественост от учени, поддържани от другите страни. Може би ще станем и очевидци на първия термоядрен реактор, който ще подаде сила за фабриките и домовете.
Източник: kaldata.com
КОМЕНТАРИ