Γερμανία: μηχάνημα τέρας που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην ενέργεια

Την Πέμπτη, το Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική Πλάσματος απολυθούν μέχρι ένα μηχάνημα τέρας που ελπίζει ότι θα αλλάξει τον κόσμο.

Το μηχάνημα που ονομάζεται Wendelstein 7-Χ, ή W7-X για συντομία. Είναι ένα είδος μηχανής πυρηνική σύντηξη ονομάζεται stellarator και είναι το μεγαλύτερο, πιο εξελιγμένο του είδους του.

Η πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να αποδειχθεί μια καθαρή, ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.Αλλά οι άνθρωποι εξακολουθούν να είναι ένας από τους τρόπους με επιτυχία από την κατασκευή ενός αντιδραστήρα που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει μια μικρή πόλη, πόσο μάλλον ολόκληρες πόλεις. Αλλά τώρα, είμαστε ένα βήμα πιο κοντά.

Την Πέμπτη, το Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική Πλάσματος έγραψε μια όμορφη εικόνα του πρώτου πλάσματος της μηχανής (όπως φαίνεται παρακάτω) - ένα αέριο στο οποίο όλα τα ηλεκτρόνια έχουν απογυμνωθεί από τα άτομά τους, μια εργασία που απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας και είναι κρίσιμη για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης.

Πέρυσι, μετά από 1.100.000 ώρες την κατασκευή, το Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική Πλάσματος ολοκληρώσει την κατασκευή του $ 1,1 δισ W7-X.

Το μαύρο άλογο των πυρηνικών αντιδραστήρων

Γνωστή στη φυσική πλάσματος κοινότητα ως το μαύρο άλογο των αντιδραστήρων που χρησιμοποιούν την πυρηνική σύντηξη, stellarators είναι εμφανώς δύσκολο να οικοδομήσουμε.

Το παρακάτω GIF δείχνει τα πολλά διαφορετικά στρώματα του W7-X, το οποίο εξέδωσε 19 χρόνια για να ολοκληρωθεί:

Από το 2003 έως το 2007, το έργο υποστεί κάποια μεγάλα κατασκευαστικά εμπόδια - συμπεριλαμβανομένου ενός από συμβάσεις οι κατασκευαστές της, σταμάτησαν τις δραστηριότητές τους - ότι σχεδόν έφερε τα κάτω ολόκληρη την προσπάθεια.

Μόνο μια χούφτα των stellarators έχουν επιχειρηθεί, και ακόμη λιγότεροι έχουν ολοκληρωθεί.

Συγκριτικά, το πιο δημοφιλές ξάδελφος με τον stellarator, το tokamak, είναι σε ευρύτερη χρήση. Πάνω από τρεις δεκάδες tokamaks λειτουργούν σε όλο τον κόσμο, και πάνω από 200 έχουν κατασκευαστεί σε όλη την ιστορία. Αυτές οι μηχανές είναι πιο εύκολο να κατασκευάσει και, κατά το παρελθόν, έχουν καλύτερες επιδόσεις ως ένα πυρηνικό αντιδραστήρα από stellarators.

Αλλά Τόκαμακ έχουν ένα βασικό μειονέκτημα που W7-X φέρεται να είναι απρόσβλητες, γεγονός που υποδηλώνει ότι η τελευταία μηχανή τέρας της Γερμανίας θα μπορούσε να είναι ένα παιχνίδι changer.

Πώς μια πυρηνική σύντηξη έργων αντιδραστήρα

Ανέβηκε από τον Matthias W Hirsch για την Wikipedia Σχηματική του μέσου όρου Tokamak. Παρατηρήστε πώς έχει λιγότερα στρώματα από το stellarator και ότι το σχήμα των μαγνητικών πηνίων είναι διαφορετική.

Το κλειδί για μια επιτυχημένη αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης οποιουδήποτε είδους είναι η δημιουργία, τον περιορισμό, τον έλεγχο και την άμορφη μάζα των αερίων, που ονομάζεται πλάσμα, που έχει θερμανθεί σε θερμοκρασίες πάνω από 180 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Σε αυτές τις καυτές θερμοκρασίες, οι ηλεκτρόνια άρπαξαν από τα άτομά τους, σχηματίζοντας ιόντα.

Κανονικά τα ιόντα αναπήδηση από το ένα το άλλο, όπως τα αυτοκίνητα προφυλακτήρα, αλλά υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες ξεπεραστούν οι απωστικές δυνάμεις.

Τα ιόντα είναι συνεπώς σε θέση να συγκρούονται και συγχωνεύονται μαζί, η οποία παράγει ενέργεια, και έχετε ολοκληρώσει την πυρηνική σύντηξη. Η πυρηνική σύντηξη είναι διαφορετική από ό, τι σήμερα τα καύσιμα για πυρηνικούς αντιδραστήρες, που λειτουργούν με ενέργεια από άτομα που διασπώνται, ή διασπώνται, αντί να συγχωνεύονται μαζί.

Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία που έχει τροφοδοτεί τον ήλιο μας για 4,5 δις περίπου χρόνια και θα συνεχίσει να το κάνει για τα επόμενα εκτιμάται σε 4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αφού οι μηχανικοί έχουν θερμανθεί το αέριο στον αντιδραστήρα στη σωστή θερμοκρασία, χρησιμοποιούν υπερ-ψύξη μαγνητικά πηνία να παράγουν ισχυρά μαγνητικά πεδία που περιέχουν και τον έλεγχο του πλάσματος.

Το W7-X, για παράδειγμα, στεγάζει 50 μαγνητικά πηνία που ζυγίζουν κάθε 6 τόνους, που φαίνεται στο μωβ στο παρακάτω GIF. Το πλάσμα που περιέχεται εντός του κόκκινου πηνίου:

Η διαφορά μεταξύ tokamaks και stellarators

Tokamaks εδώ και χρόνια θεωρείται η πιο πολλά υποσχόμενη μηχανή για την παραγωγή ενέργειας με τον τρόπο που ο ήλιος κάνει, διότι η διαμόρφωση των μαγνητικών πηνίων τους περιέχει ένα πλάσμα που είναι καλύτερη από εκείνη του σήμερα σε λειτουργία stellarators.

Περιοδικό Science στο YouTubeΣχηματική W7-X.

Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: τύπου TOKAMAK μπορεί να ελέγξει το πλάσμα μόνο σε μικρές δόσεις που διαρκούν όχι περισσότερο από επτά λεπτά. Και η ενέργεια που χρειάζεται για να δημιουργήσει αυτό το πλάσμα είναι περισσότερο από ό, τι οι μηχανικοί της ενέργειας πάρετε από αυτές τις περιοδικές εκρήξεις.

Tokamaks έτσι καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από ό, τι παράγουν, το οποίο δεν είναι ό, τι θέλετε από πυρηνικούς αντιδραστήρες σύντηξης, οι οποίες έχουν touted ως η «πιο σημαντική πηγή ενέργειας για την επόμενη χιλιετία."

Λόγω του σχεδιασμού των stellarators », οι ειδικοί υποψιάζονται ότι θα μπορούσε να στηρίξει ένα πλάσμα για τουλάχιστον 30 λεπτά κάθε φορά, το οποίο είναι σημαντικά μεγαλύτερο από ό, τι οποιαδήποτε Tokamak. Η γαλλική Tokamak Tore Supra κατέχει το ρεκόρ: Έξι λεπτά και 30 δευτερόλεπτα.

Αν W7-X επιτυγχάνει, θα μπορούσε να μετατρέψει την Κοινότητα πυρηνική σύντηξη στο κεφάλι του και να ξεκινήσει στις Stellarators στο προσκήνιο.

«Ο κόσμος περιμένει να δει αν θα έχουμε το χρόνο τοκετού και στη συνέχεια κρατήστε το για μια μακρά παλμό," David Gates, επικεφαλής του stellarator Φυσικής στο Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Princeton, είπε Science.

Ελέγξτε έξω αυτό το φοβερό time-lapse video της κατασκευής της μηχανής W7-X στοYouTube, ή κάτω από: