Industri

Reaktor Fusion Terbesar di Dunia akan Memanfaatkan Kekuatan Matahari

Reaktor Fusion Terbesar di Dunia akan Memanfaatkan Kekuatan Matahari

Reaktor Tokamak Terbesar di Dunia [Sumber Gambar: ITER]

Pembangunan manusia dan fungsi harian yang kerap bergantung kepada ketersediaan elektrik yang berterusan. Hampir setiap teknologi baru dan lama sangat bergantung pada bekalan tenaga yang berterusan. Dengan demikian, manusia mempunyai permintaan yang besar untuk mendapatkan lebih banyak kuasa, kekuatan yang sering terkumpul melalui cara yang kurang diinginkan. Sama ada membakar bahan bakar fosil atau empangan hidroelektrik, semua penjana kuasa semasa mengenakan persekitaran kepada tahap tertentu. Namun, bagaimana jika anda dapat menghapuskan semua kesan buruk dari penjanaan kuasa semasa dengan penjana yang dapat menghasilkan satu juta kali lebih banyak tenaga daripada tindak balas kimia- dan menggunakannya untuk memanfaatkan kuasa yang hampir tidak terhad?

Nampaknya seperti khayalan kejuruteraan, namun jawapannya muncul secara langsung. Tenaga gabungan, tenaga yang memberi kuasa kepada Matahari dan setiap bintang lain di seluruh Komos. Ini adalah penyatuan dua zarah, melepaskan sejumlah besar tenaga ke hujung yang pada dasarnya tidak terbatas. Hidrogen, unsur paling banyak di Bumi dan di alam semesta merangkumi bekalan bahan bakar. Memanfaatkan tenaga peleburan akan memberikan tenaga yang hampir tidak terbatas tanpa pelepasan karbon, dan tidak ada kesan sampingan yang buruk terhadap alam sekitar.

Pada awal tahun 1900-an, sebahagian besarnya diakui sebagai kaedah yang paling berkesan untuk memperoleh tenaga. Walau bagaimanapun, para saintis sangat naif, dengan anggapan bahawa menjana dan mengambil tenaga dari penjana gabungan akan mudah. Pada tahun 1930-an, ahli fizik telah melakukan eksperimen pertama ke dalam generasi pelakuran. Namun, baru 1968 kejayaan dicapai dalam menghasilkan dua daripada tiga keadaan kritikal yang diperlukan untuk memulakan proses pelakuran.

Peranti Tokamak Pertama di Dunia Tokamak T1 Rusia di Institut Kurchatov di Moscow. Dengan mengumpulkan hanya 0,4 meter padu plasma, peranti ini 2000 kali lebih kecil daripada tokamak terbesar di dunia yang sedang dalam pembangunan, ITER [Sumber Gambar: ITER]

Peranti yang digunakan dalam eksperimen dijalankan dengan atokamak- pada dasarnya alat berbentuk donat yang menggunakan medan magnet yang kuat untuk mengandung plasma dalam suhu melebihi bahawa dari matahari. Tokamak menjadi komponen penting dalam penyelidikan termonuklear dan masih hingga hari ini digunakan untuk memajukan pengembangan menghasilkan reaktor peleburan yang sesuai.

Tokamaks berfungsi dengan mengepam gas ke ruang vakum. Tenaga elektrik kemudian dipam melalui pusat (lubang donat). Gas terkumpul besar dan mula panas, tetapi dibatasi oleh medan magnet yang kuat yang dihasilkan oleh gegelung magnet besar yang mengelilingi peranti.

Rintangan belum dapat dicapai

Walaupun tim merancang metode untuk memenuhi dua syarat dalam membuat reaktor fusi, mengembangkan model fungsional terbukti sukar dilakukan. Ia tidak sampai tahun 1991 bahawa pelepasan kuasa fusi terkawal pertama dicapai. Penjana, bagaimanapun, memerlukan input kuasa yang jauh lebih banyak daripada apa yang dihasilkan, cara yang jelas buruk dan cara menghasilkan elektrik yang tidak dapat dilaksanakan.

Tenaga Fusion

Untuk memulakan reaksi peleburan, tiga syarat mesti dipenuhi - yang merangkumi: suhu yang sangat tinggi (untuk merangsang perlanggaran tenaga tinggi); ketumpatan zarah plasma yang mencukupi (untuk memastikan kemungkinan berlakunya perlanggaran); dan jumlah waktu yang mencukupi di mana plasma akan dikurung (untuk mempertahankan plasma, yang cenderung untuk mengembang, dalam volume yang ditentukan).

Hanya apabila ketiga-tiga komponen berpuas hati, proses pelakuran akan dimulakan.

Sama sekali bertentangan dengan reaksi pembelahan yang memerlukan dan mengeluarkan bahan yang sangat radioaktif, peleburan mengawasi sekering zarah bersama-sama di mana melepaskan sejumlah besar tenaga dalam bentuk haba, hanya memerlukan hidrogen sebagai bahan bakar dan menghasilkan hampir tidak ada sisa radioaktif

Reaktor akan menggunakan dua isotop radioaktif hidrogen, deuterium, dan tritium, untuk menyatu bersama dan membuat helium kerana satu neutron yang sangat bertenaga dikeluarkan yang kemudian melaju untuk memulakan reaksi seterusnya. Dalam kaedah ini, mekanisme pengulangan dapat dibuat untuk memulai perangkat yang dapat bertahan sendiri.

Proses Pelakuran [Sumber Gambar: Wikipedia]

Masalah terbesar dalam mewujudkan reaktor peleburan yang boleh dilaksanakan adalah mengembangkan alat yang dapat menahan tekanan dan suhu plasma yang sangat besar yang menghampiri 100 juta darjah- 6 kali lebih panas daripada teras Bumi. Sementara saintis telah mencapai suhu dengan tokamak yang melebihi hanya di bawah 50 juta darjah Celsius, percubaan itu berlangsung begitu lama 102 saatsebelum plasma runtuh kembali ke bentuk stabil. Sehingga kini, mewujudkan keadaan lestari untuk menghasilkan dan mengekalkan reaksi peleburan fungsional masih sukar difahami.

Untuk mencapai penjanaan tenaga, saintis fusi mesti memenuhi titik pemecahan tenaga plasma - titik di mana plasma dalam peranti pelakuran mengeluarkan sekurang-kurangnya jumlah tenaga yang sama dengan yang digunakan untuk memulakan proses. Sehingga hari ini, saat ini masih belum dapat dicapai. Walau bagaimanapun, arus akan mencatat pembebasan tenaga dapat dihasilkan70 peratuskuasa input. Rekod tersebut masih dipegang oleh JET.

Namun, sekarang setelah hampir 60 tahun penyelidikan dan pengembangan tenaga fusi, jurutera dan saintis sedang mempersiapkan peringkat akhir reaktor tokamak terbesar di dunia untuk memulakan dan mengekalkan penjana pembelahan nuklear pertama dengan output tenaga positif. Projek ini merupakan kolaborasi antarabangsa dengan tujuan menghasilkan reaktor peleburan eksperimental yang dikatakan dapat menampung diri sendiri - pada dasarnya memanfaatkan kekuatan bintang kecil. Projek ini, yang dianggap ITER, sedang berjalan dengan baik.

Apa itu ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) adalah kerjasama antarabangsa negara-negara dalam usaha untuk mewujudkan reaktor termonuklear mandiri pertama di dunia yang melebihi titik pulang modal. Penjana ini sedang dibangunkan dan menjanjikan revolusi dalam penjanaan kuasa pada abad ke-21. Sekiranya berfungsi seperti yang dirancang, ia akan menghasilkan 500 MW kuasa output sementara hanya memakan 50 MW input, menulis semula bab baru dalam sejarah sebagai generasi yang menuai kekuatan bintang.

Jangkauan jarak jauh 42 hektar, kilang akan menggunakan lebih 5,000 orang semasa waktu puncak pembinaan. Ia akan menjadi reaktor tokamak terbesar yang pernah dibina, mengukur 8 kali jumlah tokamak terbesar berikutnya.

Bagaimanakah ia berfungsi?

Alat raksasa akan menjadi tokamak terbesar di dunia, dengan radius plasma (R) 6.2 m dan isipadu plasma sebanyak 840 m³. Di tengah-tengah reaktor kekal gegelung magnetik besar yang melilit tokamak, komponen penting dalam mengurung suhu yang akan menghampiri150 juta darjah C. Seperti semua tokamak lain, kapal besar itu akan mengisi bahan bakar gas yang terkandung di dalam medan magnet yang besar. Menggunakan tenaga elektrik dalam jumlah yang luar biasa akan memaksa gas untuk memecah dan menjadi terionisasi kerana elektron dilepaskan dari inti. Plasma kemudian akan terbentuk.

Zarah-zarah plasma akan terus bertenaga ketika mereka terus bertabrakan pada selang dan intensiti yang semakin meningkat. Kaedah pemanasan alat bantu akan meningkatkan suhu plasma sehingga suhu peleburan dicapai 150 hingga 300 juta ° C. Zarah-zarah yang sangat bertenaga akan dapat mengatasi penolakan elektromagnetik semula jadi, membolehkan zarah-zarah bertembung dan sekering, membebaskan sejumlah besar tenaga.

Apa yang akan dilakukannya?

Tonggak pertama akan mencipta reaktor termonuklear yang berfungsi sendiri dan mampu bertahan, yang pertama di dunia. Selain perkembangan awal, ITER telah menetapkan beberapa tujuan.
1) Menghasilkan 500 MW tenaga pelakuran untuk denyutan 400 s
ITER mempunyai pandangan untuk menghasilkan tenaga 500MW, peningkatan 10 kali ganda dari input kuasanya. Tujuannya adalah untuk mengekalkan plasma sekurang-kurangnya 400 saat.

2) Menunjukkan operasi teknologi bersepadu untuk loji janakuasa gabungan
ITER berjanji untuk merapatkan jurang antara peranti peleburan eksperimen dan penjana berfungsi, yang menunjukkan keupayaan loji janakuasa pelakuran untuk masa depan. Dengan alat yang besar itu, saintis masih dapat mengkaji plasma dalam keadaan serupa yang dijumpai di loji janakuasa pelakuran masa depan.

3) Mencapai plasma deuterium-tritium di mana tindak balas berterusan melalui pemanasan dalaman
Sebaik-baiknya, apabila peranti dihidupkan, para saintis yakin mesin itu akan dapat bertahan sendiri, dengan satu-satunya input kuasa yang digunakan untuk menggerakkan elektromagnet besar-besaran.

4) Menguji pembiakan tritium
Tritium, isotop radioaktif hidrogen, dapat menjadi komponen penting dalam membangun loji tenaga masa depan. Namun, dengan kekurangan bekalan yang sudah kekurangan permintaan, penjana pertama perlu menunjukkan kemungkinan menghasilkan tritium untuk mempertahankan reaktor lain.

5) Menunjukkan ciri keselamatan peranti pelakuran
Pada tahun 2012, ITER menerima pelesenan sebagai pengendali nuklear di Perancis dan menjadi yang pertama di dunia yang telah menjalani banyak pemeriksaan berkaitan dengan keselamatannya. Salah satu tujuan utama ITER adalah untuk menunjukkan reaksi plasma dan pelakuran akan menimbulkan akibat yang tidak dapat diabaikan kepada persekitaran.

Masa depan / adalah gabungan

Seiring kemajuan manusia ke abad ke-21, penekanan diberikan pada usaha mewujudkan, ramah lingkungan yang lestari. Dengan ujian reaktor termonuklear yang berjaya menjadikan tonggak yang semakin biasa dalam penghasilan pelakuran, semakin jelas mungkin suatu hari nanti dunia akan bergantung sekali lagi pada kekuatan bintang, kecuali kali ini, sesuai dengan kehendak kita sendiri. Perkembangan dan pengembangan reaktor tersebut tetap menjanjikan. Ini hanya masalah masa sebelum penyatuan kemudahan fungsional yang besar dikembangkan. Tanpa kemungkinan kehancuran nuklear, hampir tidak ada sisa radioaktif, dan bekalan tenaga yang hampir tidak terbatas memberikan masa depan yang penuh harapan di mana manusia akan mengurangkan jejak yang sedang dicetak ke Bumi dengan ketara.

LIHAT JUGA: MIT membuat kejayaan penting dalam Nuclear Fusion

Ditulis oleh Maverick Baker


Tonton videonya: 10 Misteri Terbesar Alam Semesta yang Belum Bisa Kita Pecahkan (Oktober 2021).