Οι Κινέζοι επιστήμονες λέγεται ότι χτίζουν έναν νέο «τεχνητό ήλιο», που ονομάζεται Experimental Advanced Superconducting Tokamak.
Είναι μια προσπάθεια για την εύρεση φθηνής, σχεδόν απεριόριστης και ανανεώσιμης ενέργειας.
Η συσκευή αιχμής αναμένεται να φτάσει θερμοκρασίες πάνω από 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου ή περισσότερο από έξι φορές πιο θερμές από τον πυρήνα του πλησιέστερου αστεριού μας.
Η Κίνα έχει ήδη κατασκευάσει έναν «τεχνητό ήλιο» πέρυσι, που ονομάζεται Experimental Advanced Superconducting Tokamak (εικόνα), όπου η θερμοκρασία των ιόντων έφτασε σε ένα ορόσημο 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί από το 2019, ο νέος εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για να αναπαράγει τις ίδιες διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν φυσικά και στον ήλιο. Η τεχνητή πορεία αναμένεται να μετατρέψει το υδρογόνο σε οικονομική αποδοτική πράσινη ενέργεια.
Το μηχάνημα, ονομάζεται HL-2M Tokamak, κατασκευάζεται στο Νοτιοδυτικό Ινστιτούτο Φυσικής, το οποίο συνδέεται με την Εθνική Πυρηνική Εταιρεία της Κίνας.
Τα νέα ανακοινώθηκαν από τον αναπληρωτή πρύτανη του ινστιτούτου στο Πεκίνο κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης πολιτικής συνάντησης στην Κίνα.
Η Κίνα έχει ήδη κατασκευάσει έναν «τεχνητό ήλιο», που ονομάζεται Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST).
Κατά τη διάρκεια ενός πειράματος τον περασμένο Νοέμβριο του 2018, η θερμοκρασία των ιόντων έφτασε σε ένα βασικό ορόσημο 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, περισσότερο από έξι φορές από εκείνο του πυρήνα του ήλιου που κορυφώνεται περίπου στους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Το EAST έφτασε σε ένα βασικό ορόσημο όταν ο πυρήνας του έφτασε σε θερμοκρασία 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Αριστερά είναι οι μετρήσεις της θερμοκρασίας από το πείραμα (Ινστιτούτο Φυσικής Επιστήμης Hefei), ενώ δεξιά εικόνα απεικονίζει τη θερμότητα.
Το επίτευγμα θεωρήθηκε ορόσημο στην αναζήτηση της χώρας για προσιτούς καθαρούς πόρους.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυρηνικής σύντηξης, το αέριο θερμαίνεται και διαχωρίζει στα συστατικά του ιόντα και ηλεκτρόνια.
Σύμφωνα με τον κ. Duan, για την παραγωγή ενέργειας από τη σύντηξη, η θερμοκρασία των ιόντων πρέπει να υπερβαίνει τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, γι 'αυτό η ομάδα του εργάζεται για την ανάπτυξη μιας πιο ισχυρής και προηγμένης συσκευής .
Το EAST χτίστηκε από επιστήμονες στα Ινστιτούτα Φυσικής Επιστήμης Hefei της Κίνας.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η πυρηνική σύντηξη συμβαίνει στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου - προκαλώντας τα φορτισμένα σωματίδια δευτερίου και τριτίου να ενώνονται σε μια τεράστια έκρηξη ενέργειας.
Αυτά τα σωματίδια συνήθως απωθούν το ένα το άλλο, και απαιτούνται τεράστιες θερμοκρασίες για να ξεπεραστούν οι αντίθετες δυνάμεις τους.
Ο στόχος της ομάδας πίσω από το EAST ήταν να κατανοήσει καλύτερα τη διαδικασία σύντηξης πριν από την κατασκευή ενός πλήρους αντιδραστήρα.
Το Tokamak είναι το πιο ανεπτυγμένο σύστημα μαγνητικού περιορισμού στον κόσμο και αποτελεί τη βάση για το σχεδιασμό πολλών σύγχρονων αντιδραστήρων σύντηξης.
Περιλαμβάνει ελαφριά στοιχεία, όπως υδρογόνο, για να σχηματίσουν βαρύτερα στοιχεία, όπως το ήλιο. Για να συμβεί η σύντηξη, τα άτομα υδρογόνου τοποθετούνται υπό υψηλή θερμότητα και πίεση μέχρι να συντηχθούν μαζί.
Με την διεθνή σήμερα ονομασία Tokamak φέρεται η ειδική τεχνολογική διάταξη θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, μορφής δακτυλιοειδούς θαλάμου που χρησιμοποιείται στην έρευνα θερμοπυρηνικής ενέργειας. Εφευρέθηκε από σοβιετικούς φυσικούς στη δεκαετία του 1960 και από το 1968 και μετά άρχισε η εγκατάσταση παρόμοιων διατάξεων σε διάφορες πόλεις του κόσμου.
Μία διάταξη Tokamak περιλαμβάνει τα ακόλουθα βασικά μέρη:
Τον δακτυλιοειδή θάλαμο κενού εντός του οποίου εισάγεται υδρογόνο.
Μία μεγάλη σειρά πηνίων που περιβάλει τον παραπάνω θάλαμο και δημιουργεί δακτυλιοειδές μαγνητικό πεδίο προκαλώντας ισχυρές ηλεκτρικές εκκενώσεις που καθιστούν το υδρογόνο ιονισμένο και θερμό.
Μια άλλη επίσης σειρά πηνίων πέριξ του θαλάμου που διατηρεί την ύλη σε κατάσταση πλάσματος.
Συμπληρωματικά επαγωγικά δακτυλιοειδή πηνία σε παράλληλη διάταξη υπεράνω και κάτω του θαλάμου που δημιουργούν επίσης πολικά πεδία.
Η Tokamak Energy, μια εταιρεία πυρηνικής σύντηξης με έδρα το Oxfordshire, ισχυρίζεται ότι θα κατασκευάσει έναν αντιδραστήρα σύντηξης για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2030.
Η σύντηξη είναι η διαδικασία όπου ένα αέριο θερμαίνεται και διαχωρίζεται από τα συστατικά του, ιόντα και ηλεκτρόνια.
Για να συμβεί η σύντηξη, τα άτομα υδρογόνου τοποθετούνται υπό υψηλή θερμότητα και πίεση μέχρι να συντηχθούν μαζί.
Όταν οι πυρήνες δευτερίου και τριτίου - που μπορούν να βρεθούν σε υδρογόνο - συντήκονται, σχηματίζουν έναν πυρήνα ηλίου, ένα νετρόνιο και πολλή ενέργεια.
Η Αρχή λειτουργίας της εν λόγω διάταξης βασίζεται στη παραγωγή έργου εκ της πυρηνικής αντίδρασης και συγκεκριμένα της προκαλούμενης πυρηνικής σύντηξης. Θερμαινόμενο το υλικό σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και παραμένοντας σε κατάσταση πλάσματος, (ιονισμένο), ακολουθούν αλυσιδωτές αντιδράσεις από τη σύντηξη δευτερίου και τριτίου όπου αποδεσμεύονται ηλεκτρόνια. Η δε αποδέσμευση ενέργειας είναι ανάλογη της υπολειπόμενης μάζας επί της ταχύτητας του φωτός. Ενέργεια που θα μπορεί μέσω ατμογεννήτριας να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.
Αυτό γίνεται με θέρμανση του καυσίμου σε θερμοκρασίες άνω των 150 εκατομμυρίων ° C, σχηματίζοντας ένα ζεστό πλάσμα, μια αέρια σούπα υποατομικών σωματιδίων.
Ισχυρά μαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται για να κρατήσουν το πλάσμα μακριά από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, έτσι ώστε να μην κρυώσει και να χάσει το ενεργειακό δυναμικό του.
Αυτά τα πεδία παράγονται από υπεραγωγούς πηνία που περιβάλλουν το δοχείο και από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που οδηγείται μέσω του πλάσματος.
Το tokamak (καλλιτεχνική αναπαράσταση) είναι το πιο ανεπτυγμένο σύστημα μαγνητικού περιορισμού και, αποτελεί τη βάση για το σχεδιασμό πολλών σύγχρονων αντιδραστήρων σύντηξης. Το μωβ στο κέντρο του διαγράμματος δείχνει το πλάσμα.
Για την παραγωγή ενέργειας, το πλάσμα πρέπει να περιοριστεί για ένα αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα για να συμβεί η σύντηξη.
Όταν τα ιόντα ζεσταθούν αρκετά, μπορούν να ξεπεράσουν την αμοιβαία απώθηση και να συγχωνεύονται.
Όταν συμβεί αυτό, απελευθερώνουν περίπου ένα εκατομμύριο φορές περισσότερη ενέργεια από μια χημική αντίδραση και τρεις έως τέσσερις φορές περισσότερο από έναν συμβατικό πυρηνικό αντιδραστήρα σχάσης.
Το Tokamak, όπως βλέπουμε και στην προηγούμενη εικόνα, έχει σχήµα κούφιου ντόνατ ή λουκουµά Μέσα στην κοιλότητα,αυτού του «λουκουµά» εισάγονται ∆ευτέριο και Τρίτιο, τα οποία ιονίζοντα µε ηλεκτρικές εκκενώσεις. Το πλάσµα που προκύπτει θερµαίνεται σε θερµοκρασίες σύντηξης µε τη βοήθεια δεσµίδων νετρονίων ή laser, µικροκυµάτων και επίµονης θέρµανσης. Έξω και γύρω από το «λουκουµά» υπάρχουν πανίσχυροι µαγνήτες, που συγκρατούν το πλάσµα στην κατάσταση αυτή.
Αυτό καθίσταται δυνατό από τα ίδια τα φυσικά χαρακτηριστικά του πλάσµατος, καθώς αυτό είναι ηλεκτρικά φορτισµένο και άγει τον ηλεκτρισµό. Το µαγνητικό πεδίο που δηµιουργείται από αυτούς τους µαγνήτες συγκρατεί το πλάσµα στον αυλό του τόκαµακ, και δεν του επιτρέπει να αγγίξει το εσωτερικό των τοιχωµάτων του – κάτι τέτοιο θα είχε µοιραίες συνέπειες, γιατί απόοποιοδήποτε υλικό και αν κατασκευαστεί το τόκαµακ, αυτό δεν θα µπορέσει να αντέξει την επαφή µε το υπέρθερµο πλάσµα.
Η σύγκρουση των πυρήνων του δευτερίου και του τριτίου, ύστερα από κάποια θερµοκρασία γίνεται µε τόση δύναµη, ώστε οι πυρήνες συγχωνεύονται και προκύπτει το στοιχείο ήλιον, απελευθερώνονται ένα νετρόνιο και ενέργεια.
Τα «καύσιµα» που απαιτεί υπάρχουν σε αφθονία στη φύση και είναι εύκολα προσπελάσιµα τα «καύσιµα» αυτά διαθέτουν εξαιρετικά υψηλή «ενεργειακή πυκνότητα» η ασφάλεια της µεθόδου είναι υψηλή. Τα «καύσιµα» της πυρηνικής σύντηξης, το δευτέριο και το τρίτιο, είναι ουσιαστικά ανεξάντλητα. Το δευτέριο µπορεί να αποµονωθεί εύκολα από το θαλασσινό νερό, στο οποίο τα άτοµα δευτερίου αποτελούν το1/6500 των ατόµων υδρογόνου. Το τρίτιο µπορεί να παραχθεί εύκολα σαν υποπροϊόν της αντίδρασης της πυρηνικής σύντηξης, µε τη χρήση ενός ενεργοποιηµένου νετρονίου και ενός ελαφρού µετάλλου που βρίσκεται σε αφθονία στη φύση, του λιθίου.
Προσοχή, η διάθεση (αποµάκρυνση) των αποβλήτων των αντιδραστήρων σχάσης είναι εξαιρετικά δύσκολη και καταστροφική για το περιβάλλον, διότι αυτά έχουν υψηλή ραδιενέργεια και πάρα πολύ µεγάλη περίοδο ηµιζωής (δηλαδή ο χρόνος που απαιτείται ώστε τα απόβλητα αυτά να χάσουν τη µισή από τη ραδιενέργεια που διαθέτουν είναι πάρα πολύ µακρύς –εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια!). Στον αντιδραστήρα σύντηξης, ραδιενέργεια παράγεται µόνον κατά τη διαδικασία του τερµατισµού της σύντηξης και αυτή είναι ελάχιστη. Το µόνο ραδιενεργό υλικό που εµφανίζεται στους αντιδραστήρες σύντηξης αποκτώντας µηδαµινή, σε σχέση µε εκείνη των αποβλήτων των αντιδραστήρων σχάσης, ραδιενέργεια, είναι το τοίχωµα του αντιδραστήρα.
Βέβαια, η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από τον Χάινριχ Χόρα, ομότιμο καθηγητή του UNSW Sydney, έλαβε ευρεσιτεχνίες για την τεχνική με λέιζερ που χρησιμοποιεί για τη δημιουργία ενέργειας από σύντηξη: Σύμφωνα με ανακοίνωση του πανεπιστημίου, αντίθετα με προηγούμενες μεθόδους, η τεχνική αυτή είναι εντελώς ασφαλής, καθώς δεν βασίζεται σε ραδιενεργό καύσιμο και δεν αφήνει πίσω της τοξικά ραδιενεργά απόβλητα.
Ωστόσο, η παραγόμενη ενέργεια από θερμοπυρηνική σύντηξη παρουσιάζει πολλά μειονεκτήματα, αφού: α) Δεν είναι προφανής και απόλυτα βέβαιη η εφικτότητά της (αλυσιδωτή αντίδραση, αφού είναι ένα τεχνολογικά εξαιρετικά δύσκολο εγχείρημα), β) Είναι τεράστιο το κόστος κατασκευής του εργοστασίου παραγωγής της, απαιτούνται μονάδες πολύ μεγάλης ισχύος (>1.5 GW), θερμοηλεκτρικές μονάδεςπερίπου 800 ΜW, γ) Υπάρχει περιορισμένη παραγωγή υγρού ηλίου και υπεραγώγιμων υλικών που χρησιμοποιούνται στους αντιδραστήρες τύπου tokamak. δ) Δεν είναι ασήμαντες οι βλάβες στις εγκαταστάσεις από τα Νετρόνια καθώς και από τη ραδιενέργεια που προκαλούν τα Νετρόνια, ε) Αναμένεται υψηλή θερμική ρύπανση, στ) είναι δύσκολη η λήψη αποφάσεων για δαπανηρή έρευνα και ζ) ίσως να αποδειχθεί ότι θα είναι, αργότερα στην πράξη, μεγαλύτερο το κόστος της απαιτούμενης ενέργειας για τη σύντηξη από το κόστος της παραγόμενης ενέργειας από αυτή τη σύντηξη.
Πηγές:
el.wikipedia.org
Dailymail.co.uk
users.auth.gr
ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΠΥΡΗΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΣΥΝΤΗΞΗΣ,
ΜΙΧΑΗΛ ΙΩΑΝΝΟΥ ΚΑΤΣΙΠΗΣ, Ε.Μ.Π. 2013
naftemporiki.gr
Δημοσίευση σχολίου
Blogger Facebook