Nükleer Füzyon Ne Zaman Petrolü Ve Gazı İş Dışı Bırakacak?

Bu Noel sezonu, bilimde yapılan atılımların empoze edilmesi için bir teşekkür ve umut zamanıdır:

İlk olarak, Earthshots Ödülü'nü kuran Prens William, 2022'de Boston'da ödüllerini açıkladı. Bir kategoriye çağrıldı Okyanuslarımızı Canlandırın. Kazanan adlı bir grup oldu. Great Barrier Reef'in Yerli Kadınları. Resif saldırı altındadır ve kazananlar kendisini savunmaya adamıştır. Plajları ve kaplumbağaları korumak ve Amazon ormanlarından on kat daha fazla CO2 yakalayan deniz çayırlarını korumak için çalışıyorlar. Kadim yerli bilgisine karşı savaşıyorlar ve resiflerdeki mercan değişimlerinin yanı sıra iç kesimlerdeki orman yangınlarını izlemek için insansız hava araçları gibi modern araçlar kullanıyorlar.

İkincisi, ABD Enerji Bakanlığı 20 yıldır NuScale Güç Modülü adı verilen Küçük Modüler Nükleer Reaktörün (SMR) konseptini ve geliştirilmesini finanse ediyor. Daha güvenli, daha ucuz, ölçeklenebilir ve karbonsuz olması avantajlarıdır. Nükleer Düzenleme Komisyonundan (NRC) tasarım onayı alan tek SMR'dir. 100 ft'den daha kısa bir yüksekliğe sahip olan modül, yer seviyesinin altındaki bir su banyosunda bulunan 15 ft genişliğinde bir silindirdir. 77 eve elektrik sağlayabilecek 60,000 MegaWatt elektrik üretebiliyor. Hedef 2029 yılına kadar Idaho'da faaliyete geçmek.

Üçüncüsü, tıbbi kuruluşun bir Bazı kanserlerin tedavisinde çığır açan gelişme. Yöntem, kanserle savaşan bağışıklık sisteminin bir parçası olan T hücrelerini, CRISPR tekniğini kullanarak genetik olarak değiştirmek için vücuttan alıyor ve ardından onları "canlı ilaç" olarak yeniden vücuda enjekte ediyor. CRISPR kullanılarak, T hücreleri hassas şekilde ayarlanabiliyor ve belirli kanser hücrelerine saldırıları daha ölümcül hale getirilebiliyor.

Bu "hazır" T hücreleri, haftalar veya aylar öncesinden beklemek zorunda kalmadan, CRISPR kullanılarak hızlı bir şekilde büyük miktarlarda üretilebilir. 12 Aralık 2022'de Kansas Üniversitesi'nden Dr. McGuirk, şaşırtıcı derecede iyi olan deneme sonuçlarını açıkladı ve kanser tedavisinde yeni bir kapı açtı: Lenfoma kanseri olan 67 hastanın %32'sinde tümörler küçülmüştü. Hastaların %40'ı tam remisyona ulaştı. Bu tekniğin diğer birçok kanseri tedavi etme potansiyeli konusunda büyük bir heyecan var.

Dördüncüsü, nükleer füzyonda oldukça çarpıcı bir gelişme.

Nükleer füzyon atılımı.

Geçtiğimiz yüzyılda, yani fiziğin en büyük yüzyılında, keşiflerden biri nükleer fisyondu. Plütonyum gibi ağır bir atom parçalandığında çok küçük bir miktar kütle kaybolur ve büyük miktarda enerji olarak yeniden ortaya çıkar - çünkü E = mc^2, burada c ışığın hızıdır ve çok büyük bir sayıdır.

Almanya'nın bu reaksiyona dayalı bir zincirleme reaksiyon bombası geliştirmesi tehdidi altında, ABD hükümeti, yaşadığım yerden çok da uzak olmayan Los Alamos, New Mexico'da bir fisyon bombası inşa etmek için muazzam miktarda fon akıttı. Albuquerque'nin güneyindeki White Sands çölünde test edildi ve sonunda Japonya ile savaşı bitirmek için kullanıldı.

Ticari uygulama, farklı ülkelerde hızla şebeke boyutunda nükleer reaktörlerin kurulmasına yol açtı. Bazıları başarılı oldu; Fransa elektrik enerjisinin %70'ini 56 nükleer reaktörden alırken, ABD enerjisinin yaklaşık %20'sini 93 nükleer reaktörden alıyor.

Ancak 1986'da Rusya'da Çernobil ve 2011'de Japonya'da Fukushima gibi korkunç kazalar meydana geldiğinde ve ABD'de nükleer atıkların imhası konusunda her zaman var olan endişeler yaşandığında başarı tedirginlik yaratıyor.

Kardeş nükleer reaksiyon, iki hidrojen çekirdeğinin itici kuvvetleri yenerek helyuma dönüşmeye zorlanması ve bir kez daha muazzam miktarda enerjinin açığa çıkmasıdır. Bu, 1950'teki test yasağı anlaşmasından önce 1963'lerde Güney Pasifik'teki (Bikini Atolü) ABD'nin hidrojen bombası testlerinin temeliydi.

O zamandan bu yana onlarca yıldır nükleer füzyonun ticari uygulaması aranıyor. Örneğin, sıcak yüklü plazmanın elektrik alanlarıyla sınırlandığı Albuquerque'deki Sandia Ulusal Laboratuvarlarında bir çalışma yürütülüyor. Buradaki fikir, hidrojen çekirdekleri birleşene (enerji çıkışı) kadar plazmayı (enerji girişi) sınırlamak, sıkıştırmak ve ısıtmaktı. Ancak giren enerji her zaman çıkan enerjiden daha fazlaydı.

Bir başka ticari uygulama ise Kaliforniya'nın San Francisco Körfezi bölgesindeki Lawrence Livermore Laboratuvarı'ndaydı. Burada 192 lazer kullanıldı 1 milyon dolarlık karışık hidrojen izotop topağı patlatarak plazmayı sınırlandırmak, sıkıştırmak ve ısıtmak. Sonuçlar şimdiye kadar hep aynıydı. 16 Aralık 2022'de sona eren haftada duyurulan enerji çıkışı (3.1 MegaJoule), ilk kez giren enerjiden (2.1 MegaJoule) daha fazlaydı. Bu gerçek bir atılımdır. Ulaşılan sıcaklık 3 milyon santigrat dereceydi.

Bunu perspektife koymak.

Birincisi, enerji girişi ve enerji çıkışı çok basit çünkü lazerleri çalıştırmak çok daha fazla enerji gerektiriyor: 400 MegaJoule. Referans 1'e bakın.

İkincisi, başarı öyküsü yalnızca bir olayla ilgiliydi; bir füzyon ateşlemesi. Pratik olmaya yakın bir yerde olmak, dakikada çok ama çok sayıda füzyon olayı gerektirir ve binlerce kat daha güçlü bir lazere ihtiyaç duyar. Ayrıca maliyetin milyonlarca kat daha ucuz olması gerekir (Ref 1). Tek kelimeyle, bu başarı, ilham verici olsa da, pratik uygulamayı hayal etmeye bile uzaktan yakından benzemiyor.

Yani ucuz değil ve pratik değil ama yüksek yoğunluklu enerji üretecek ve karbonsuz olacak.

Nükleer fisyon enerjisi milyon kat daha güçlü Dünyadaki diğer enerji kaynaklarından daha fazla. Fransa, ABD gibi ülkelerde onlarca nükleer santral yatırımı yapılmasının da büyük nedeni bu.

Nükleer füzyon, nükleer fisyondan 3-4 kat daha fazla enerji üretir. Bu rüyanın bir kısmı. Füzyon rüyasının bir başka kısmı da, imha edilecek nükleer atık ürünlerinin, yani çürümesi yüzlerce hatta binlerce yıl sürebilecek atık ürünlerin olmamasıdır. Üçüncü kısım ise füzyonun bir zincirleme reaksiyon olmamasıdır, dolayısıyla kontrolsüz nükleer reaksiyonlar ve patlama tehlikesi yoktur.

Elektrik üretimi, küresel sera gazı emisyonlarının yaklaşık üçte birinden sorumlu olduğundan, rüyanın son kısmı, yüksek yoğunluklu karbonsuz elektrik enerjisi sağlamak için bir ülkenin dört bir yanına serpiştirilen nükleer füzyon santralleridir.

Ama unutma, bu sadece bir rüya. Avantajlarına rağmen, karbonsuz nükleer füzyon, petrol ve gaz endüstrisini 2050 yılına kadar, hatta belki 2100 yılına kadar iflasa sürüklemeyecek.

Paket servisler.

İnsanoğlu güneşin ışık ve ısı kaynağını kopyalamıştır. Yaklaşık 15 milyon santigrat derecede, güneşin gazlı iç kısmı muazzam bir basınç altında sıkıştırılır - bir çay kaşığı 750 gram veya 1.65 lb ağırlığındadır. Laboratuvarda güneşin iç koşullarını kopyalamak ve başa baş noktasına ulaşmak (enerji çıkışı, giren enerjiden daha fazladır) ) etkileyici bir başarıdır.

Ancak nükleer füzyon, ticari uygulamayı hayal etmeye bile uzaktan yakın değil.

Peki neden bunu araştırmaya büyük para harcıyoruz? Çünkü gelişmiş ülkelerin yaptığı budur. Evreni incelemek için James Webb gibi teleskoplar yapıp uydulara yerleştiriyorlar. Kadınları ve erkekleri aya göndermek için roketler yapıyorlar. Protonları çarpışmadan önce ışık hızına çıkarmak ve parçalarda Higgs bozonu gibi yakalanması zor atom altı parçacıkları ortaya çıkarmak için manyetik yarış pistleri inşa ediyorlar.

Politika, bilime yönelik hükümet desteğinin ve finansmanının nereye dağıtılacağına karar vermede büyük rol oynuyor. Neyse ki, yukarıda da belirtildiği gibi, insanlığın doğrudan yararına olan acil sorunları çözmek için bilimi kullanan birçok ülke örneği mevcuttur.

Referans 1: Jerusalem Demsas, Güneşin Gücü, The Atlantic Daily, 16 Aralık 2022.