Прв пат во историјата, американските научници од National Ignition Facility во Националната лабораторија „Лоренс Ливермор“ во Калифорнија успешно произведоа реакција на нуклеарна фузија која резултираше со енергетска добивка, потврди за CNN извор запознаен со проектот. Се очекува американското Министерство за енергетика денеска официјално да го објави откритието.
Исходот од експериментот би бил голем чекор напред во повеќедецениската потрага за наоѓање на бесконечен извор на чиста енергија што би можел да помогне во преодот од зависноста од фосилни горива. Со децении, истражувачите се обидуваат да создадат нуклеарна фузија – реплицирајќи ја енергијата што го напојува Сонцето.
Што е нуклеарна фузија и зошто е важна?
Нуклеарната фузија е вештачки процес кој ја реплицира енергијата што го напојува Сонцето. Нуклеарната фузија настанува кога два или повеќе атоми се спојат во еден поголем. Овој процес создава огромна количина на енергија во форма на топлина.
Научниците ширум светот ја проучуваат нуклеарната фузија со децении, надевајќи се дека ќе создадат нов извор кој обезбедува неограничена енергија без јаглерод – без нуклеарниот отпад што го создаваат сегашните нуклеарни реактори. Проектите за фузија главно ги користат елементите девтериум и трициум – и двата се изотопи на водород.
Девтериум од чаша вода, со малку додаден трициум, може да напојува куќа една година. Трициумот поретко и потешко може да се добие, иако може да се произведува синтетички.
„За разлика од јагленот, потребна е само мала количина на водород, а тоа е најзастапеното нешто што може да се најде во универзумот. Водородот е во водата, така што работите што ја создаваат таа енергија се неограничени и чисти“, изјави за CNN Хулио Фридман, главен научник во Carbon Direct и поранешен главен енергетски технолог во „Лоренс Ливермор“.
Како фузијата се разликува од нуклеарната фисија?
Кога луѓето ќе помислат на нуклеарна енергија, можеби ќе ви паднат на ум кулите за ладење и облаците во форма на печурка. Но, фузијата е сосема поинаква.
Додека фузијата спојува два или повеќе атоми заедно, фисијата е спротивен процес на разделување на поголем атом на два или повеќе помали. Нуклеарната фисија е тип на енергија што ги напојува нуклеарните реактори ширум светот денес. Како и фузијата, топлината создадена со разделување на атомите исто така се користи за создавање енергија.
Нуклеарната енергија има нула емисии на стакленички гасови, но произведува испарлив радиоактивен отпад кој мора безбедно да се складира и носи безбедносни ризици. Нуклеарно топење, иако ретко, се случувало низ историјата со смртоносни последици, како што се несреќите на реакторот во Фукушима и Чернобил.
Нуклеарната фузија не ги носи истите безбедносни ризици, а материјалите што се користат за нејзино создавање имаат многу пократок полуживот од фисијата.
Join us LIVE tomorrow at 10 a.m. ET / 7 a.m. PT for a special announcement and press conference regarding a MAJOR scientific breakthrough. Remarks will be given by @ENERGY leaders @SecGranholm, @NNSANews’ @NNSAHruby and #LLNL Director Kim Budil. Tune in: https://t.co/H2Lwto2naD pic.twitter.com/XdugB3UhEz
— Lawrence Livermore National Laboratory (@Livermore_Lab) December 12, 2022
Како може нуклеарната фузија да ги напојува светлата во нашите домови?
Постојат два главни начини да се создаде нуклеарна фузија, од кои и двата имаат ист резултат. Со фузија на два атома се создава огромно количество топлина, што е од суштинско значење за производство на енергија. Оваа топлина може да се користи за загревање на водата, создавање пареа и претворање на турбините за производство на енергија – слично како што нуклеарната фисија создава енергија.
Големиот предизвик за искористување на енергијата од фузија е да се задржи доволно долго за напојување на електричните мрежи и системите за греење низ целиот свет. Успешниот пробив на САД е голема работа, но сепак е далеку под она што е потребно за да се произведе доволно енергија за да работи една електрана, а камоли десетици илјади електрани.
„Се работи за тоа колку енергија е потребна за да се зовријат 10 садови со вода. За да ја претвориме во електрана, треба да добиеме поголема добивка во енергија, ни треба значително повеќе“, рече Џереми Читенден, ко-директор на Центарот за студии за инерцијална фузија на Империјалниот колеџ во Лондон.
Зошто е важна оваа вест?
Ова е првпат научниците успешно да спроведат реакција на нуклеарна фузија која резултираше со нето зголемување на енергијата, наместо да пропадне како во претходните експерименти.
Иако има уште многу чекори пред ова да стане комерцијално остварливо, од суштинско значење е научниците да покажат како можат да создадат повеќе енергија отколку на почетокот на експериментот. Инаку, нема многу смисла да се развива ова.
„Ова е многу важно од енергетска перспектива, бидејќи фузијата не може да биде извор на енергија ако не извлечеме повеќе енергија отколку што внесуваме. Претходните откритија беа важни, но тоа не е исто што и создавање енергија што може еден ден да се користи во поголем обем“, изјави Фридман за CNN.
Каде се одвива фузијата?
Во тек се неколку проекти за фузија во САД, ОК и Европа. Франција е дом на Меѓународниот термонуклеарен експериментален реактор во кој соработуваат 35 земји, меѓу кои главни членки се Кина, САД, Европската Унија, Русија, Индија, Јапонија и Јужна Кореја.
Во САД, голем дел од работата се одвива во Националната постројка за палење во Националната лабораторија „Лоренс Ливермор“ во Калифорнија, зграда со големина на три фудбалски игралишта.
Проектот National Ignition Facility создава енергија од нуклеарна фузија користејќи го она што е познато како термонуклеарна инерцијална фузија. Во пракса, американските научници испалуваат пелети што содржат водородно гориво во речиси 200 ласери, создавајќи серија екстремно брзи, повторени експлозии со брзина од 50 пати во секунда. Енергијата собрана од неутроните и алфа честичките се ослободува како топлина.
Во Велика Британија и проектот ITER во Франција, научниците работат со огромни машини во облик на крофна опремени со огромни магнети наречени токамак за да се обидат да го генерираат истиот резултат. Откако горивото ќе се стави во токамакот, неговите магнети се вклучуваат и температурите во него експоненцијално се зголемуваат за да се создаде плазма.
Плазмата мора да достигне најмалку 150 милиони степени Целзиусови, 10 пати потопла од јадрото на Сонцето. Неутроните потоа излегуваат од плазмата, удирајќи во „ќебето“ на ѕидовите на токамак и ја пренесуваат својата кинетичка енергија како топлина.
Кои се следните чекори?
Научниците и експертите сега мора да откријат како да произведат многу повеќе енергија од нуклеарна фузија во многу поголем обем. Во исто време, тие треба да откријат како евентуално да ги намалат трошоците за нуклеарна фузија за да може да се користи за комерцијални цели.
„Во моментов трошиме огромно време и пари на секој експеримент. Треба да ги намалиме трошоците“, рече Читенден.
Научниците исто така треба да ја соберат енергијата произведена со фузија и да ја пренесат на електричната мрежа како електрична енергија. Ќе бидат потребни години, можеби децении, пред фузијата да може да генерира неограничени количини чиста енергија, а научниците се во трка со времето во борбата против климатските промени.
„Ова нема значително да придонесе за намалување на климатските промени во следните 20-30 години. Ова е разликата помеѓу палење кибрит и изградба на гасна турбина“, рече Фридман.