Milloin ydinfuusio lopettaa öljyn ja kaasun liiketoiminnan?

Tämä joulusesonki on kiitoksen ja toivon aikaa tehtävissä olevista vaikuttavista tieteen harppauksista:

Ensimmäinen, Prinssi William, joka perusti Earthshots-palkinnon, julkisti palkinnot Bostonissa vuonna 2022. Yksi kategoria kutsuttiin Elvytä valtameremme. Voittaja oli ryhmä ns Suuren valliriutan alkuperäiskansojen naiset. Riutta on ollut hyökkäyksen kohteena, ja voittajat ovat sitoutuneet puolustamaan sitä. He työskentelevät suojellakseen rantoja ja kilpikonnia sekä suojellakseen meriruohoa, joka sitoo kymmenen kertaa enemmän hiilidioksidia kuin Amazonin metsät. He kamppailevat muinaisten aboriginaalien tietämystä vastaan ​​ja käyttävät nykyaikaisia ​​työkaluja, kuten droneja, seuratakseen riutan muutoksia korallissa sekä sisämaan metsäpaloja.

Toiseksi Yhdysvaltain energiaministeriö on 20 vuoden ajan rahoittanut NuScale Power Module -nimisen Small Modular Nuclear Reactorin (SMR) konseptia ja kehitystä. Turvallisempi, halvempi, skaalautuva ja hiilivapaa ovat etuja. Se on ainoa SMR, joka on saanut suunnitteluhyväksynnän Nuclear Regulatory Commissionilta (NRC). Alle 100 jalkaa korkea moduuli on 15 jalkaa leveä sylinteri, joka istuu vesihauteessa maanpinnan alapuolella. Se voi tuottaa 77 megawattia sähköä, jolla voi toimia 60,000 2029 kodin teholla. Tavoitteena on olla toiminnassa Idahossa vuoteen XNUMX mennessä.

Kolmanneksi lääketieteellisellä laitoksella on a läpimurto tiettyjen syöpien hoidossa. Menetelmä ottaa T-solut, jotka ovat osa syöpää taistelevaa immuunijärjestelmää, pois kehosta geneettisesti muunnettavaksi CRISPR-tekniikan avulla ja ruiskuttaa ne sitten takaisin kehoon "elävänä lääkkeenä". CRISPR:n avulla T-soluja voidaan hienosäätää ja tehdä tappavammiksi hyökkäyksissään tiettyjä syöpäsoluja vastaan.

Näitä "valmiita" T-soluja voidaan valmistaa suuria määriä nopeasti CRISPR:n avulla sen sijaan, että joutuisi odottamaan viikkoja tai kuukausia aiemmin. Tohtori McGuirk Kansasin yliopistosta ilmoitti 12. joulukuuta 2022 tutkimustuloksista, jotka olivat yllättävän hyviä ja avasivat uuden oven syöpien hoitoon: kasvaimet olivat kutistuneet 67 prosentilla 32 lymfoomasyöpäpotilaasta. 40 % potilaista saavutti täydellisen remission. Tämän tekniikan mahdollisuuksista parantaa monia muita syöpiä on suuri innostus.

Neljäs on ydinfuusion läpimurto, joka on varsin upea.

Ydinfuusion läpimurto.

Viime vuosisadalla, fysiikan suurimmalla vuosisadalla, yksi löydöistä oli ydinfissio. Kun raskas atomi, kuten plutonium, hajoaa, pieni määrä massaa menetetään ja ilmestyy jälleen valtavana energiamääränä - koska E = mc^2, missä c on valon nopeus ja erittäin suuri luku.

Uhkauksena, että Saksa kehittäisi tähän reaktioon perustuvan ketjureaktiopommin, Yhdysvaltain hallitus kaatoi valtavan määrän varoja fissiopommin rakentamiseen Los Alamosissa, New Mexicossa, lähellä asuinpaikkaani. Sitä testattiin White Sandsin autiomaassa Albuquerquen eteläpuolella, ja sitä käytettiin lopulta sodan lopettamiseen Japania vastaan.

Kaupallinen sovellus johti nopeasti verkon kokoisiin ydinreaktoreihin eri maissa. Jotkut onnistuivat – Ranska saa 70 prosenttia sähköenergiastaan ​​56 ydinreaktorista, kun taas Yhdysvallat saa noin 20 prosenttia energiastaan ​​93 ydinreaktorista.

Menestys on kuitenkin levotonta, kun tapahtuu kauheita onnettomuuksia, kuten Tshernobyl Venäjällä vuonna 1986 ja Fukushima Japanissa vuonna 2011, ja jatkuvasti läsnä oleva huoli ydinjätteen loppusijoituksesta Yhdysvalloissa.

Sisarydinreaktio on, kun kaksi vetyydintä pakotetaan sulautumaan heliumiksi hylkivät voimat voittamalla ja jälleen vapautuu valtava määrä energiaa. Tämä oli perusta Yhdysvaltain vetypommikokeille Etelä-Tyynenmeren alueella (Bikini-atolli) 1950-luvulla ennen vuoden 1963 testikieltosopimusta.

Ydinfuusion kaupallista sovellusta on etsitty vuosikymmenien ajan siitä lähtien. Esimerkiksi yksi yritys sijaitsee Sandia National Laboratoriesissa Albuquerquessa, jossa kuumaa varattua plasmaa rajoittavat sähkökentät. Ajatuksena oli rajoittaa, puristaa ja lämmittää plasma (energy-in), kunnes vetyytimet sulautuvat yhteen (energy-out). Mutta energia sisääntulo oli aina suurempi kuin energian ulostulo.

Toinen kaupallinen sovellus oli Lawrence Livermore -laboratoriossa San Franciscon lahden alueella Kaliforniassa. Tässä Käytettiin 192 laseria rajoittaa, puristaa ja lämmittää plasmaa puhaltamalla miljoonan dollarin pelletti sekavetyisotooppeja. Tulokset olivat aina samat – tähän asti. 1. joulukuuta 16 päättyneellä viikolla ilmoitettiin, että energiankulutus (2022 megajoulea) oli ensimmäistä kertaa enemmän kuin energiaa sisään (3.1 megajoulea). Se on todellinen läpimurto. Lämpötila oli 2.1 miljoonaa astetta.

Laita tämä perspektiiviin.

Ensinnäkin energian sisääntulo vs. energian poisto on liian yksinkertaista, koska lasereiden käynnistäminen vaatii huomattavasti enemmän energiaa: 400 megajoulea. Katso viite 1.

Toiseksi menestystarina koski vain yhtä tapahtumaa – yhtä fuusiosytytystä. Läheskään käytännöllisyys vaatisi monia, monia fuusiotapahtumia minuutissa ja tuhansia kertoja tehokkaamman laserin. Lisäksi kustannusten pitäisi olla miljoona kertaa halvemmat (viite 1). Sanalla sanoen, tämä menestys, vaikkakin inspiroiva, ei ole lähellä edes kuvittelemista käytännön sovellutuksista.

Joten se ei ole halpa eikä käytännöllinen, mutta se tuottaisi korkean intensiteetin energiaa ja olisi hiiletöntä.

Ydinfissioenergia on miljoona kertaa tehokkaampi kuin mikään muu energialähde maan päällä. Ja tämä on suuri syy siihen, miksi Ranskan ja Yhdysvaltojen kaltaisiin maihin on investoitu kymmenien ydinvoimaloiden rakentamiseen.

Ydinfuusio tuottaa 3-4 kertaa enemmän energiaa kuin ydinfissio. Se on yksi osa unelmaa. Toinen osa fuusiounelmaa on, ettei ydinjätetuotteita ole hävitettäväksi – jätetuotteita, joiden hajoaminen voi kestää satoja tai tuhansia vuosia. Kolmas osa on, että fuusio ei ole ketjureaktio, joten ydinreaktioiden ja räjähdysten vaaraa ei ole olemassa.

Koska sähkön tuotanto on vastuussa noin kolmanneksesta maailmanlaajuisista kasvihuonekaasupäästöistä, unelman viimeinen osa on ydinfuusiovoimaloita, jotka sirotellaan eri puolille maata tuottamaan korkean intensiteetin hiilivapaata sähköenergiaa.

Mutta muista, se on vain unta. Edustaan ​​huolimatta hiiletön ydinfuusio ei sulje öljy- ja kaasuteollisuutta vuoteen 2050 mennessä eikä ehkä edes vuoteen 2100 mennessä.

Noutoruoat.

Ihmiskunta on kopioinut auringon valon ja lämmön lähteen. Noin 15 miljoonassa C asteessa auringon kaasumainen sisäosa puristuu valtavan paineen alaisena – teelusikallinen painaa 750 grammaa tai 1.65 naulaa. Auringon sisäolosuhteiden jäljittäminen laboratoriossa ja nollatulos (energian ulostulo enemmän kuin energian sisääntulo) ) on vaikuttava suoritus.

Mutta ydinfuusio ei ole lähelläkään edes kuviteltavissa olevaa kaupallista sovellusta.

Joten miksi käytämme paljon rahaa sen tutkimiseen? Koska niin kehittyneet maat tekevät. He rakentavat James Webbin kaltaisia ​​teleskooppeja ja asentavat ne satelliitteihin tutkiakseen maailmankaikkeutta. He rakentavat raketteja viedäkseen miehet ja naiset kuuhun. He rakentavat magneettisia kilparatoja kiihdyttääkseen protonit valonnopeuteen ennen kuin ne törmäävät ja paljastavat fragmenteissa vaikeasti havaittavia subatomisia hiukkasia, kuten Higgsin bosonin.

Politiikalla on suuri rooli päätettäessä siitä, mihin valtion tuki ja rahoitus tieteen jaetaan. Onneksi, kuten edellä kerrottiin, on olemassa monia esimerkkejä maista, jotka käyttävät tiedettä ratkaistakseen kiireellisiä ongelmia, jotka hyödyttävät suoraan ihmiskuntaa.

Viite 1: Jerusalem Demsas, Auringon voima, The Atlantic Daily, 16. joulukuuta 2022.