Žemėje sunku pastatyti žvaigždę. Mums reikia geresnių medžiagų

Futuristinė jėgainės koncepcija.

Branduolio sintezė yra procesas, maitinantis Saulę բոլոր visas kitas žvaigždes. Susiliejimo metu dviejų atomų branduoliai yra pakankamai arti, kad susilietų, išskirdami didžiulį energijos kiekį.

Kartojant šį procesą Žemėje, galima gauti beveik neribotą elektros energiją, išmetamą beveik be išmetamųjų teršalų, užtikrinant didesnę saugą, be tokio pat lygio branduolinių atliekų, kaip ir skaidant.

Tačiau pastatyti tai, kas iš esmės yra maža žvaigždė Žemėje, išlaikyti ją kartu reaktoriuje, nėra lengva užduotis. Tam reikalingas didžiulis temperatūros և slėgis և ypač stiprus magnetinis laukas.

Šiuo metu mes neturime pakankamai medžiagų, kad atlaikytume šiuos kraštutinumus. Tačiau tokie tyrėjai kaip aš stengiasi juos plėtoti, o mes radome keletą įdomių dalykų.

Tokamakas:

Yra daugybė būdų, kaip sutramdyti branduolių sintezės reakcijas Žemėje, tačiau dažniausiai naudojama įranga, vadinama tokamaku. Talpyklos viduje vykstančios reakcijos kuras, vandenilio izotopai, vadinami deuterio tričiu, kaitinami tol, kol jie tampa plazmaPlazma yra tada, kai atomo elektronai turi pakankamai energijos išeiti iš branduolio ir pradėti sklandyti. Kadangi jis susideda iš elektrai įkrautų dalelių, skirtingai nei įprastos dujos, jis gali būti magnetiniame lauke. Tai reiškia, kad jis neliečia reaktoriaus šonų, o plūduriuoja per vidurį spurgos pavidalu.

Sintezės reaktorius „Tokamak“:

„Tokamak“ sintezės reaktoriaus viduje.

Kai deuteris ir tritis turi pakankamai energijos, jie susijungia ir sudaro helį, neutronus ir išskiria energiją. Plazmos temperatūra turi siekti 100 milijonų laipsnių Celsijaus, kad įvyktų didelis sintezės kiekis. Dešimt kartų karščiau nei Ar centras. Ji turi būti daug karštesnė, nes Saulės dalelių tankis yra daug didesnis.

Nors reaktorius daugiausia yra magnetiniame lauke, reaktorius vis tiek turi atlaikyti milžinišką temperatūrą. „Iter“, kuris yra didžiausias pasaulyje susijungimo bandymas, kurį planuojama pastatyti iki 2035 m., Karščiausia automobilio dalis pasieks 1 300 aplink.

Nors plazma daugiausia bus magnetiniame lauke, yra atvejų, kai plazma gali susidurti su reaktoriaus sienomis. Tai gali sukelti eroziją, kuro padėjimą ant sienų ir medžiagų savybių pokyčius.

Virš degios temperatūros turime atsižvelgti į šalutinius deuterio ir tričio sintezės reakcijos produktus, taip pat į ypač daug energijos turinčius neutronus. Neutronai neturi krūvio, todėl jų negali būti magnetiniame lauke. Tai reiškia, kad jie atsitrenkė į reaktoriaus sienas ir padarė žalą.

Proveržiai:

Visi šie nepaprastai sunkūs iššūkiai per daugelį metų prisidėjo prie didžiulės medžiagų pažangos. Vienas žymiausių yra aukštos temperatūros superlaidūs magnetai, naudojami įvairiuose sintezės projektuose. Jie elgiasi kaip superlaidininkai, kai temperatūra žemesnė nei skysto azoto virimo temperatūra. Nors tai gali atrodyti šalta, ji yra aukšta, palyginti su daug didesne temperatūra, reikalinga kitiems superlaidininkams.

Branduolio sintezės reakcija

Deuterio tričio susiliejimas.

Susiliejus, šie magnetai yra vos keli metrai nuo aukštos temperatūros bako viduje, sukurdami didžiulį didelį temperatūros gradientą. Šie magnetai gali sukurti daug stipresnius magnetinius laukus nei įprasti superlaidininkai, o tai gali žymiai sumažinti sintezės reaktoriaus dydį ir paspartinti komercinio sintezės plėtrą.

Mes turime keletą medžiagų, skirtų įvairiems branduolių sintezės reaktoriaus keliamiems iššūkiams įveikti. Šiuo metu lyderiai yra aktyvuoti plienai, turintys modifikuotą tradicinių plienų sudėtį, todėl volframas sumažina aktyvacijos lygį dėl neutronų pažeidimų.

Vienas iš karščiausių dalykų moksle yra tai, kas iš pradžių manoma kaip potenciali problema, kuri gali virsti kažkuo teigiama. „Fusion“ nėra išimtis, labai geras, bet pastebimas pavyzdys yra volframo pūkelis. „Fuzz“ yra nanostruktūra, tirpstanti ant volframo, kai sintezės eksperimentų metu eksponuojama helio plazma. Iš pradžių laikyta potencialia problema dėl baimės dėl erozijos, dabar atliekami su branduolių nesiliejimu susijusių projektų tyrimai, įskaitant fiziologinio tirpalo padalijimą į vandenį, jo padalijimą į vandenilį ir deguonį.

Tačiau jokia medžiaga nėra tobula, vis dar yra tam tikrų problemų. Tai apima labai aktyvių reduktorių gamybą – vidinį volframo trapumą, dėl kurio sunku dirbti. Turime patobulinti և patobulinti esamas medžiagas.

Iššūkiai:

Nepaisant didžiulės pažangos sujungiant medžiagas, vis dar reikia daug nuveikti. Pagrindinė problema yra ta, kad mes remiamės keliais įgaliotinio bandymais atkurti galimas reaktoriaus sąlygas, turime bandyti šiuos duomenis sujungti, dažnai naudodami labai mažus pavyzdžius. Išsamus modeliavimo darbas padeda ekstrapoliuoti medžiagos našumo prognozes. Būtų daug geriau, jei savo medžiagą galėtume išbandyti realiose situacijose.

Epidemija padarė didelę įtaką medžiagų tyrimams, nes tapo sunkiau atlikti realaus gyvenimo eksperimentus. Iš tiesų, mes galime ir toliau kurti և naudoti pažangius modelius, kad numatytume medžiagos našumą. Tai gali būti derinama su mašininio mokymosi pažanga, siekiant nustatyti pagrindines praktikas, į kurias turime sutelkti dėmesį: բացահայտ nustatyti geriausias medžiagas, su kuriomis dirbama būsimuose reaktoriuose.

Naujų medžiagų gamyba paprastai vyko mažomis partijomis, daugiausia dėmesio skiriant tik pakankamai medžiagų eksperimentams gaminti. Žengiant į priekį, daugiau bendrovių tęs darbą susijungimo srityje, կլինեն bus daugiau projektų, susijusių su eksperimentiniais reaktoriais ar prototipais.

Štai kodėl mes pasiekiame etapą, kai turime daugiau galvoti apie pramonės tiekimo grandinių plėtrą. Kai artėjame prie reaktorių prototipų, tikiuosi, kad ateityje stiprių didelio masto tiekimo grandinių plėtra bus didžiulis iššūkis.

Parašė Aneeqa Khan, sintezės tyrinėtoja iš Mančesterio universiteto.

Iš pradžių paskelbta „Vers“ versijoje.Pokalbis:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pažymėtinos giliavandenės Veneros gėlių kempinių struktūros, kurios yra naudingos kuriant laivus, lėktuvus ir dangoraižius

Euplectella aspergillum stiklo kempinės struktūra structure už hidrodinaminio lauko ribų. Pramonė buvo perstatyta naudojant CINECA superkompiuterius. Kinetinė metodika և Pažangūs skaičiavimo kodai...

Didžiausia aplinkos šalinimo kaukė – ir kaip ją sumažinti

Naujas tyrimas nustatė naudojamo N95 išeikvojimą ir pasiūlė tinkamus būdus jį sumažinti. Nuo praėjusiais metais prasidėjusios „Covid-19“ epidemijos, užrištos akys tapo dar viena sveikatos apsaugos...

Neuromediatorių lygis smegenyse nuspėja matematinius sugebėjimus

Skenavimas buvo baigtas 1 ir 2 metu (maždaug po 1,5 metų) kiekvienoje iš penkių amžiaus grupių (6-erių, 10-mečių, 14-mečių, 16-mečių ir 18 metų) -metukai)....

Genetikai atskleidžia mutacijas, sukeliančias sunkų vaikystės vėžį – vartokite vaistus, kad pašalintumėte jų šalutinį poveikį

Trejybės koledžo genetikai atrado specifinio geno, vadinamo H3K27M, mutaciją, sukeliančią neišgydomą vaikystės vėžį, vadinamą diffi midi glioma (DMG). Augimas taikant tikslinius vaistus. Jų istoriniai...

Neigiamų jonų sulaikymas tarpžvaigždinėje erdvėje

Kaip tarpžvaigždinėje aplinkoje kuriamos neigiamai įkrautos molekulės? Tarpžvaigždiniai debesys yra naujų žvaigždžių gimtinė. Tačiau jie taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant gyvenimą visatoje per...

Newsletter

Subscribe to stay updated.