Budujemy drugie słońce!

[aelreda]

We Francji, niedaleko Marsylii powstaje projekt, którego celem jest przeprowadzenie fuzji termojądrowej. Jeśli eksperyment się powiedzie, ludzkość uzyska dostęp do praktycznie niewyczerpalnego źródła energii.



[ external image ]



Reakcja fuzji, czy też syntezy jądrowej polega na złączeniu się dwóch lżejszych jąder atomowych w jedno cięższe. W wyniku tego procesu wydzielają się gigantyczne ilości energii. Ta produkowana w słońcu powstaje właśnie w ten sposób. Naukowcy od dawna chcą odtworzyć reakcję fuzji w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Niestety z technicznego punktu widzenia jest to niezwykle skomplikowane. Powstający kosztem 10 miliardów euro Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny (ITER) ma po raz pierwszy w historii przeprowadzić opłacalną reakcję fuzji.



Główną przeszkodą, która utrudnia fuzję jest fakt, że jądra atomowe obdarzone są takim samym, dodatnim ładunkiem elektrycznym i w związku z tym odpychają się. Jedynie w wyjątkowo wysokiej temperaturze jądra mogą zgromadzić ilość energii niezbędną do pokonania tej bariery. Mimo, że reakcja fuzji wewnątrz słońca zachodzi w temperaturze kilkunastu milionów stopni Celsjusza, to przebiega ona wolno. Z jednej strony dzięki temu paliwo wypala się bardzo powoli i gwiazda może świecić przez miliardy lat, ale z drugiej w jednym metrze sześciennym jądra słońca energia wydziela się z mocą niecałych 4 watów. Aby przedsięwzięcie było opłacalne w termoreaktorze musi panować temperatura 150 milionów stopni Celsjusza. Dotychczas, w żadnym z eksperymentalnych reaktorów nie uzyskano tak wysokiej temperatury. W ITER izotopy wodoru będą podgrzewane jednocześnie na trzy sposoby ? przez prąd przepływający obwodami elektrycznymi, wiązki mikrofal i atomy wzbudzone (na wyższym poziomie energetycznym) - przyspieszone w niewielkich akceleratorach cząsteczek umieszczonych wokół reaktora. Naukowcy przewidują, że ilość uzyskanej energii będzie dziesięć razy większa od włożonej. Najpierw jednak muszą skonstruować reaktor, wewnątrz którego znajdzie sięplazma ponad dziesięciokrotnie gorętsza od słońca. Nawet najbardziej trwałe ze znanych materiałów nie wytrzymują temperatur wyższych niż kilka tysięcy stopni.



Rozwiązaniem jest utworzenie swego rodzaju klatki z pól magnetycznych. Paliwo znajdzie się wewnątrz pierścieniowatego reaktora zwanego tokamakiem. Magnesy znajdujące się na zewnątrz pierścienia utworzą spiralne pole, dzięki któremu plazma utrzyma się w jednym miejscu. Do ich budowy posłużą nadprzewodnikowe cewki ze stopów wolframowych o całkowitej masie przekraczającej 10 tysięcy ton, chłodzone ciekłym azotem. Kolejnym wyzwaniem inżynierów będą neutrony masowo produkowane podczas reakcji. Ponieważ są one elektrycznie obojętne, z łatwością przechodzą przez pole magnetyczne, tak więc pomimo obecności magnetycznej klatki, plazma będzie emitowała na zewnątrz megawaty energii.



Neutrony bombardując ściany otaczające reaktor wytworzą olbrzymie ciepło. ??I właśnie to ciepło jest końcowym efektem fuzji, o który nam chodzi? ? mówi Mario Merola, dyrektor działu ITER odpowiedzialnego za wewnętrzne części reaktora. Ściany otaczające reaktor (zwane płaszczem) będą zbudowane z 440 stalowych płyt półmetrowej grubości. Wewnątrz nich zostaną umieszczone rury, w których pod wysokim ciśnieniem popłynie woda. Stal zaabsorbuje większość wyemitowanych z reaktora neutronów, które oddadzą energię w postaci ciepła. Odstęp pomiędzy rurami zawierającymi odprowadzającą ciepło wodę nie przekroczy 2,5 centymetra ponieważ w innym wypadku stal stopiłaby się.



Neutrony emitowane podczas reakcji mają zdolność do niszczenia struktury krystalicznej wszystkich związków chemicznych jakie napotkają na swojej drodze. Naukowcy nie obawiają się jednak o wytrzymałość płaszcza ponieważ struktura krystaliczna zastosowanej do jego budowy stali austenitycznej (znanej na co dzień ze sztućców czy bębna pralki) jest bardzo stabilna i utrzymuje się nawet kiedy wiele atomów zostanie wybitych ze swoich miejsc. W związku z tym, że rozpędzone neutrony mogą wybijać atomy żelaza z powierzchni płaszcza i wtłaczać je do wewnątrz reaktora, ściany od wewnątrz zostaną pokryte berylem. Ponieważ jest to bardzo lekki pierwiastek to nawet jeśli jego atomy dostaną się do reaktora i wymieszają z izotopami wodoru nie zakłócą fuzji.



Projekt zakłada, że każdorazowo w reaktorze reakcja fuzyjna będzie podtrzymywana przez około 1000 sekund, osiągając wydajność 500 megawatów. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem na bazie ITER powstaną reaktory o mocy do 4000 megawatów.



Od lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy naukowcy zaproponowali teoretyczny model fuzji, wciąż nie udaje się zastosować jej w praktyce. Sceptycy, nie bez racji zauważają, że wydawanie 10 miliardów euro na projekt, którego powodzenie wcale nie jest przesądzone może być zbytnią ekstrawagancją. Niektórzy proponują zwrócić uwagę i środki w stronę zimnej fuzji jądrowej ? technologii, która w założeniu umożliwiałaby syntezę jąder atomowych bez konieczności uzyskiwania piekielnych temperatur. W tym momencie ich głosy nie mają już wpływu na podjęcie decyzji. Budżet projektu został zatwierdzony i pozostaje jedynie żywić nadzieję, że rok 2018 - na który planowane jest uruchomienie reaktora - przyniesie ludzkości tanią energię bez ograniczeń.



Źródło future.wp.pl

[spacemaster92]

zastanawia mnie tylko czy to nie jest zbyt niebezpieczne na Ziemi wytworzyć plazmę ileśtam razy gorętszą od Słońca, nie doprowadzi to do spalenia naszej planety??

[sasquatch]

Ziemi na pewno nie spali. Obecnie przeprowadza się testy z fuzją termojądrową lecz reakcje nie są stabilne, można utrzymywać jedynie przez ułamki sekund. Pomimo 50 lat badań nadal nie jesteśmy w stanie kontrolować tego zjawiska.