Globální jaderná hrozba vzrostla v posledních měsících po tvrzeních, že Severní Korea staví jaderné zbraně a hrozbě prezidenta Donalda Trumpa proti nebezpečnému vůdci země. Stupňující se napětí dokonce způsobilo, že se hodiny zkázy přiblížily k půlnoci.
Navzdory svému potenciálu zničit svět a ohrozit naši existenci má však jaderná energie také potenciál řešit naléhavé energetické potřeby planety.
V posledních letech naskočily do výzkumného spektra pruhy soukromých společností kvůli pokroku v technologii a našemu chápání věcí, jako jsou supravodiče. Google se nedávno spojil s odborníky na jadernou fúzi, aby vyvinuli algoritmus pro řešení složitých energetických problémů, a MIT nedávno uvedla, že jaderná fúze by mohla být v síti za pouhých 15 let.
V poslední době se vědci domnívají, že možná odemkli jedno ze záhad jaderné fúze pohledem na explodující hvězdy. Tým zSkupina Centra pro experimentální laserový astrofyzikální výzkum University of Michigan zkoumala, jak teplo hraje roli ve způsobu, jakým se materiály mísí během supernov - bod světla vytvořený, když hvězda dosáhne konce své životnosti a exploduje. Tyto výbuchy vysílají obrovské množství energie, v některých případech více, než kolik vydá naše vlastní slunce po celou dobu jeho životnosti.
Role, kterou hraje teplo při takových fúzních reakcích ve vesmíru, byla do značné míry přehlížena a vědci se pokoušeli napodobit takové reakce na Zemi, aby pomohli dosáhnout průlomů v jaderné energii. Smícháním různých plazmat s různými prvky včetně železa, uhlíku helia a vodíku v laboratorních podmínkách se vědcům podařilo zjistit, že energetické toky způsobují vzestup a pokles tepla, což má významný dopad na to, jak se prvky mísí s plazmy. O tom se v předchozích experimentech takto neuvažovalo a mohlo by to konečně držet klíč k tomu, aby byla jaderná fúze na Zemi udržitelnější. Výzkum je publikován v Příroda komunikace.
Co je to jaderná energie?
Zatímco jaderná energie má potenciál poskytovat lidem téměř neomezenou energii, fyzika za jadernou energií zahrnuje interakce mezi některými z nejmenších představitelných částic. Ve středu každého atomu ve vesmíru leží malá sbírka protonů a neutronů nazývaná jádro. Počet protonů a neutronů v jádru určuje, který prvek atom je, a jádro tvoří většinu hmoty tohoto atomu.
Uvnitř jádra jsou protony a neutrony spojeny dohromady jednou ze čtyř základních sil ve fyzice nazývaných silná síla. Jak název napovídá, silná síla je nejsilnější ze všech čtyř, ale funguje pouze na malé vzdálenosti - jako ty uvnitř jádra. Ostatní jsougravitační, elektromagnetické a slabé. Toto video popisuje rozdíly a jejich dopad na nás:
Atomy jsou hlavně prázdný prostor. Pokud by atom měl velikost fotbalového stadionu, jádro by mělo zhruba velikost mouchy uprostřed. Druhou částí atomu jsou cloudové elektrony obíhající kolem jádra atomu, ale silná síla na elektrony neplatí. Místo toho jsou vázány elektromagnetickými silami, protože mají záporný náboj, zatímco jádro je kladně nabité.
Obecně řečeno, jaderná fyzika zahrnuje vytvoření nebo rozbití jádra. Oba jsou procesy, kterými se ztrácí malý kousek hmoty, a tyto uvolňují obrovské množství energie.
Proč je jaderná energie tak důležitá?
Od padesátých let se fyzici pokoušejí napodobit proces pohánějící Slunce kontrolou fúze atomů vodíku do helia. Klíčem k využití této síly je omezit ultra-horké koule plynného vodíku nazývané plazmy, dokud se množství energie vycházející z fúzních reakcí nevyrovná více, než bylo vloženo. Tento bod je to, co odborníci na energii nazývají breakeven a bylo by to možné, představovalo by to technologický průlom a mohlo by to poskytnout neomezený a bohatý zdroj energie s nulovým obsahem uhlíku.
Pravděpodobně si budete vědomi nejslavnější Einsteinovy rovnice, E = mc ^ 2. To říká, že množství energie uvolněné při ztrátě malého kousku hmoty se rovná hmotnosti vynásobené druhou mocninou rychlosti světla. Rychlost světla je docela obrovské číslo.
Podívejte se na související ruská plovoucí jaderná elektrárna v Černobylu právě vyplula Faraday Výzva: Vláda investuje 246 milionů £ do toho, aby se ze Spojeného království stala jednička v technologii baterií Mapa jaderné bomby ukazuje, jak je pravděpodobné, že přežijete jaderný útok Co je Trident? Britský jaderný odstrašující prostředek vysvětlil katastrofy v Černobylu a Fukušimě: Co se stane s jadernými zónami, když lidé odejdou?
Nejmenší jádro jakéhokoli prvku je tvořeno pouze jedním protonem, který se nachází v atomech vodíku. Vodík je vedle helia, lithia a berylia nejlehčími prvky ve vesmíru, což znamená, že k jejich tvorbě není potřeba mnoho energie. Tyto světelné prvky vznikly na samém začátku vesmíru, když bylo asi tři minuty staré a dostatečně chladné, aby se protony a neutrony mohly spojit. To je jeden z důvodů, proč jsou vodíková plazma považována za nejlepší zdroj těžby jaderné energie na Zemi.
Po těchto prvních čtyřech prvcích narazil vesmír na zeď. Bylo zapotřebí více energie pro dalších 88 prvků v periodické tabulce, aby se překonaly protony, které se navzájem odpuzují svými kladnými náboji, a pro tuto jadernou fúzi musí vstoupit do hry.
Co je tedy jaderná fúze?
Téměř vše kolem nás bylo vytvořeno uvnitř hvězdy. Hvězdy začínají s vodíkem, který společně stlačují a vytvářejí hélium. Tento proces pokračuje, uvolňuje energii a zahřívá hvězdu.
Právě tuto reakci využívající vodík jako palivo mohou vědci a týmy mít rádiTechnologie TAEse snaží napodobit k dosažení síly jaderné fúze. Když se jádra deuteria a tritia - která se nacházejí ve vodíku - spojí, vytvoří jádro hélia, neutron a spoustu energie.
jak nastavit wyze cam
Protože jaderná fúze vyžaduje k zahájení reakcí obrovské množství energie, ukázalo se, že je obtížné tento proces na Zemi kopírovat. Spojení atomů ve fúzním reaktoru vyžaduje obrovský tlak a teploty kolem 150 milionů stupňů.
Když hvězdě o velikosti našeho slunečního jádra dojde vodík (zdroj paliva), začne odumírat. Umírající hvězda expanduje do červeného obra a začne produkovat atomy uhlíku fúzí atomů helia. Větší hvězdy mohou v další sérii jaderného spalování vytvářet těžší prvky, od kyslíku po železo. Cokoli těžší než železo vzniká v supernově, obrovské explozi na konci života obrovské hvězdy.
Jak souvisí jaderná fúze s jaderným štěpením?
Jaderná energie, jak ji známe na Zemi, používá jinou jadernou reakci, která se nazývá štěpení.
Když se prvky začnou rozpínat, jako je uran nebo plutonium, s více protony a neutrony zabalenými uvnitř jádra, je možné je rozdělit zpět na menší prvky zasažením neutrony. To také vede ke změně hmotnosti a uvolnění obrovského množství energie.
Problém spočívá v takzvaných vedlejších produktech reakcí. Tyto látky jsou vysoce radioaktivní, což je činí neuvěřitelně nebezpečnými, což je nejvýznamnější nevýhodou jaderné energie.
S radioaktivním odpadem je třeba zacházet neuvěřitelně opatrně a nejlepším způsobem, jak se ho v současné době zbavit, je pohřbívat ho hluboko pod zemí. Dělá to však z jaderných reaktorů nebezpečná místa a katastrofy, při kterých došlo k úniku radioaktivního odpadu, způsobily katastrofální následky, jako například katastrofa v Černobylu v roce 1986 a Fukušima.
Které společnosti pracují na jaderné fúzi?
S
Ve spolupráci se soukromou firmou Commonwealth Fusion Systems vědci z MIT nedávno vymysleli novou generaci experimentů s fúzí a elektrárny využívající vysokoteplotní supravodiče. Ačkoli toto partnerství ještě nebylo realizováno, jeho cílem je vybudovat kompaktní zařízení s názvem SPARC.
Jakmile supravodivé elektromagnety pro SPARC byly vyvinuty a očekává se, že budou v příštích třech letech, SPARC je použije k výrobě 100 milionů wattů neboli 100 megawattů (MW) fúzní energie. I když to nebude přeměňovat toto teplo na elektřinu, bude produkovat tolik energie, kolik spotřebuje malé město - více než dvakrát tolik, co se používalo k ohřevu plazmy, což nakonec poprvé vytvoří pozitivní čistou energii z fúze. Pokud by to bylo úspěšné, mohlo by to pomoci vytvořit úplný prototyp fúzní elektrárny a za pouhých 15 let postavit svět na cestu jaderné fúze.
Tento výzkum navazuje na práci prováděnou společnostmi Google aTechnologie TAE, která si říká největší soukromá fúzní společnost na světě, a její obří ionizační plazmový stroj C2-U. Google vytvořil algoritmus určený k urychlení experimentů ve fyzice plazmatu a konečným cílem Tri Alpha Energy, podobně jako u CFS, je vybudovat první komerční elektrárnu založenou na fúzi. Čím rychleji může dokončit experimenty, tím rychleji a levněji může dosáhnout tohoto cíle a posunout svět k udržitelnějšímu a čistému zdroji energie.
PŘEČTĚTE SI DALŠÍ: Přežít jaderný útok
Zvýšený výzkum jaderné fúze v soukromém sektoru odráží obrovskou cenu, o kterou jde - bohatý, ekologicky odpovědný a bezpečný nový způsob výroby elektřiny, profesor Ian Chapman, generální ředitel Úřadu pro atomovou energii ve Velké Británii řekl .
Aby bylo možné provádět experimenty tohoto druhu, je třeba plazmu - ultra horké kuličky plynu - uzavřít na dlouhou dobu.Technologie TAEomezuje tato plazma pomocí metody zvané konfigurace s obráceným polem o kterém se předpokládá, že se bude s rostoucí energií stávat stabilnější, na rozdíl od jiných metod, kde je plazma při zahřívání těžší kontrolována.
TAE Technologies “C-2U posouvá tyto experimenty na hranici toho, kolik elektrické energie může být použito pro generování a omezení plazmy v tak malém prostoru za tak krátkou dobu. Optimalizace jeho nastavení (stroj má více než 1 000 tlačítek) a správa chování plazmy je složitý problém a právě zde přichází na scénu optometrický algoritmus společnosti Google.
Jako softwarový inženýr vyšších zaměstnanců Google Ted Baltz vysvětluje , stroj C-2U provádí plazmový výstřel každých osm minut a každý běh zahrnuje vytvoření dvou rotujících blobů plazmy uvnitř vakua C-2U. Tyto kuličky jsou rozbity společně rychlostí více než 600 000 mil za hodinu, aby vytvořily větší, žhavější a rotující kouli plazmy.
PŘEČTĚTE SI DALŠÍ: Co je to algoritmus ?
Koule plazmy je poté nepřetržitě zasažována paprsky částic z neutrálních atomů vodíku, aby se udržovala v rotaci. Magnetická pole udrží rotující kouli až 10 milisekund. Google algoritmus vezme všechny parametry od počtu nastavení až po kvalitu vakua a stabilitu elektronů, aby předložil lidským fyzikům řešení.
Jak fungují jaderné bomby?
USA byly první zemí, která vyvinula jaderné zbraně, následovanou Ruskem v roce 1949. Od roku 2016 se odhaduje, že USA mají kolem 7 000 jaderných hlavic, včetně vyřazených, skladovaných a rozmístěných zbraní. Rusko má údajně kolem 7 300 hlavic, Francie má asi 300 a Spojené království má 215. Severní Korea, považovaná za jednu z nejvýznamnějších jaderných hrozeb moderní doby, má neznámý počet zařízení, ačkoli odhady uvádějí počet kolem 10 .
Všechny jaderné zbraně používají štěpení k vytváření svých ničivých výbuchů. Brzy zbraně, včetně Malého chlapce spadlého na Hirošimu během druhé světové války, vytvořily kritické množství potřebné k nastartování štěpné řetězové reakcevystřelení dutého válce s uranem 235 na cíl vyrobený ze stejného materiálu.
PŘEČTĚTE SI VÍCE: Co je to vodíková bomba?
Tato technika v posledních letech pokročila a u moderních zbraní závisí kritické množství na hustotě materiálu. Tyto zbraně odpálí chemické výbušniny kolem takzvané jámy kovu uranu 235 nebo plutonia 239. Tyto izotopy jsou nejběžnější prvky schopné procházet štěpením. Uran a plutonium se přirozeně nacházejí v ložiscích minerálů, i když v malém množství (méně než 1% v případě uranu a ještě méně pro plutonium), což znamená, že je třeba je vyrobit. Jedná se o nákladný a časově náročný proces a je hlavní překážkou volnějšího budování jaderných bomb.
PŘEČTĚTE SI DALŠÍ: Jaký je rozdíl mezi vodíkovou bombou a atomovou bombou?
jak mazat zprávy na messenger na iphone
V moderních jaderných explozích výbuch fouká dovnitř a nutí atomy v jámě dohromady. Jakmile je dosaženo kritického množství, neutrony jsou použity k vytvoření štěpné řetězové reakce, která zase vytváří atomovou explozi. Zbraně termonukleární fúze využívají energii štěpného výbuchu k tomu, aby společně donutily izotopy vodíku a vytvořily ohnivou kouli, která se blíží teplotám tak horkým jako slunce.
