Kdy jaderná fúze vyřadí ropu a plyn

Tato vánoční sezóna je časem díků a naděje za impozantní skoky ve vědě, které se dělají:

Za prvé, Princ William, který založil cenu Earthshots, vyhlásil ceny v Bostonu v roce 2022. Jedna kategorie byla nazvána Oživte naše oceány. Vítězem se stala skupina tzv Domorodé ženy z Velkého bariérového útesu. Útes byl pod útokem a vítězové jsou oddáni jeho obraně. Pracují na ochraně pláží a želv a zachování mořské trávy, která zachycuje desetkrát více CO2 než amazonské pralesy. Bojují s prastarými domorodými znalostmi a používají moderní nástroje, jako jsou drony, ke sledování změn útesu v korálech i požárech ve vnitrozemí.

Za druhé, americké ministerstvo energetiky 20 let financuje koncepci a vývoj malého modulárního jaderného reaktoru (SMR) nazvaného NuScale Power Module. Výhody jsou bezpečnější, levnější, škálovatelné a bez uhlíku. Je to jediný SMR, který obdržel schválení návrhu od Nuclear Regulatory Commission (NRC). Modul je vysoký méně než 100 stop a je 15 stop široký válec, který sedí ve vodní lázni pod úrovní země. Dokáže vyrobit 77 megawattů elektřiny, která dokáže napájet 60,000 2029 domácností. Cílem je být v Idahu v provozu do roku XNUMX.

Za třetí, lékařské zařízení má a průlom v léčbě některých druhů rakoviny. Metoda odebírá T-buňky, které jsou součástí imunitního systému, který bojuje proti rakovině, z těla, aby je geneticky modifikoval pomocí techniky CRISPR, a poté je reinjektoval zpět do těla jako „živou drogu“. Pomocí CRISPR lze T-buňky jemně vyladit a učinit je smrtelnějšími při jejich útoku na konkrétní rakovinné buňky.

Tyto „běžně dostupné“ T-buňky lze rychle vyrobit ve velkém množství pomocí CRISPR, aniž byste museli čekat týdny nebo měsíce předtím. prosince 12 oznámil doktor McGuirk z University of Kansas výsledky studie, které byly překvapivě dobré a otevřely nové dveře k léčbě rakoviny: nádory se zmenšily u 2022 % z 67 pacientů s rakovinou lymfomu. 32 % pacientů dosáhlo kompletní remise. Existuje velké nadšení pro potenciál této techniky léčit mnoho dalších druhů rakoviny.

Čtvrtý je průlom v jaderné fúzi, který je docela ohromující.

Průlom v jaderné fúzi.

V minulém století, největším století fyziky, bylo jedním z objevů jaderné štěpení. Když se těžký atom, jako je plutonium, rozpadne, malé množství hmoty se ztratí a znovu se objeví jako obrovské množství energie – protože E = mc^2, kde c je rychlost světla a velmi velké číslo.

Pod hrozbou, že Německo na základě této reakce vyvine bombu s řetězovou reakcí, nalila americká vláda obrovské množství finančních prostředků na stavbu štěpné bomby v Los Alamos v Novém Mexiku nedaleko mého bydliště. Byl testován v poušti White Sands jižně od Albuquerque a nakonec byl použit k ukončení války s Japonskem.

Komerční využití rychle vedlo k jaderným reaktorům o velikosti sítě v různých zemích. Některé byly úspěšné – Francie získává 70 % své elektrické energie z 56 jaderných reaktorů, zatímco USA získávají asi 20 % energie z 93 jaderných reaktorů.

Ale úspěch je nelehký, když dojde k hrozným haváriím, jako byl Černobyl v Rusku v roce 1986 a Fukušima v Japonsku v roce 2011, a všudypřítomné obavy o likvidaci jaderného odpadu v USA.

Sesterská jaderná reakce je, když jsou dvě jádra vodíku překonáním odpudivých sil nucena splynout v helium a opět se uvolní obrovské množství energie. To byl základ amerických testů vodíkových bomb v jižním Pacifiku (Atol Bikini) v 1950. letech před uzavřením smlouvy o zákazu zkoušek z roku 1963.

Komerční využití jaderné fúze bylo hledáno v průběhu desetiletí od té doby. Například jeden pokus je založen v Sandia National Laboratories v Albuquerque, kde je horké nabité plazma omezeno elektrickými poli. Cílem bylo omezit, stlačit a zahřát plazmu (energie-in), dokud se jádra vodíku nesloučí (energie-out). Ale přísun energie byl vždy větší než výdej energie.

Další komerční aplikace byla v Lawrence Livermore Laboratory v oblasti San Francisco Bay v Kalifornii. Tady Bylo použito 192 laserů omezit, stlačit a zahřát plazmu odpálením pelety směsných izotopů vodíku za 1 milion dolarů. Výsledky byly vždy stejné – až doteď. Oznámení v týdnu končícím 16. prosincem 2022, energetická ztráta (3.1 megajoulů) byla poprvé více než energetická spotřeba (2.1 megajoulů). Je to skutečný průlom. Dosažená teplota byla 3 miliony stupňů C.

Uvést to na pravou míru.

Za prvé, přísun energie proti výdeji energie je příliš jednoduchý, protože zapnutí laseru vyžaduje mnohem větší energii: 400 megajoulů. Viz odkaz 1.

Zadruhé, příběh úspěchu se týkal pouze jedné události – jednoho zapálení fúze. Abychom byli prakticky kdekoli, vyžadovalo by to mnoho a mnoho fúzních událostí za minutu a potřebovalo by to laser, který je tisíckrát výkonnější. Navíc náklady by musely být milionkrát levnější (odkaz 1). Jedním slovem, tento jeden úspěch, i když je inspirativní, není ani zdaleka blízký představě praktického použití.

Není to tedy levné a není to praktické, ale vyrábělo by to energii o vysoké intenzitě a bylo by to bez uhlíku.

Energie jaderného štěpení je milionkrát silnější než jakýkoli jiný zdroj energie na Zemi. A to je velký důvod, proč se v zemích jako Francie a USA investovalo do výstavby desítek jaderných elektráren.

Jaderná fúze vytváří 3-4krát více energie než jaderné štěpení. To je jedna část snu. Další součástí snu o fúzi je, že neexistují žádné jaderné odpadní produkty k likvidaci – odpadní produkty, jejichž rozklad může trvat stovky nebo tisíce let. Třetí částí je, že fúze není řetězová reakce, takže nebezpečí rychlých jaderných reakcí a výbuchů neexistuje.

Vzhledem k tomu, že výroba elektřiny je zodpovědná za zhruba třetinu globálních emisí skleníkových plynů, poslední částí snu jsou elektrárny na jadernou fúzi rozmístěné po celé zemi, aby poskytovaly vysoce intenzivní bezuhlíkovou elektrickou energii.

Ale pamatuj, je to jen sen. Navzdory svým výhodám bezuhlíková jaderná fúze nevyřadí ropný a plynárenský průmysl do roku 2050 a možná ani do roku 2100.

S sebou.

Lidstvo replikovalo sluneční zdroj světla a tepla. Při teplotě asi 15 milionů stupňů C je plynný vnitřek slunce stlačen pod obrovským tlakem – čajová lžička váží 750 g nebo 1.65 lb. Aby se napodobily vnitřní podmínky slunce v laboratoři a aby se dosáhlo zlomu (výdej energie více než přísun energie ) je působivý počin.

Ale jaderná fúze se ani zdaleka neblíží komerčnímu využití.

Tak proč utrácíme velké peníze za vyšetřování? Protože to dělají vyspělé země. Staví dalekohledy jako James Webb a instalují je na satelity, aby studovaly vesmír. Staví rakety, aby dostali muže a ženy na Měsíc. Staví magnetické závodní dráhy, aby urychlily protony na rychlost světla, než se zřítí, a ve fragmentech odhalí nepolapitelné subatomární částice, jako je Higgsův boson.

Politika hraje velkou roli při rozhodování o tom, kam se rozděluje vládní podpora a finance na vědu. Naštěstí, jak bylo uvedeno výše, existuje mnoho příkladů zemí, které využívají vědu k řešení naléhavých problémů, z nichž má přímý prospěch lidstvo.

Reference 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16. prosince 2022.