Πώς λειτουργούν οι αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης
Η πυρηνική σύντηξη είναι μια διαδικασία που συνδυάζει δύο ατομικούς πυρήνες σε μία, απελευθερώνοντας μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, η οποία χωρίζει έναν ατομικό πυρήνα σε δύο ή περισσότερες μικρότερες. Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία που εξουσιάζει τον ήλιο και τα αστέρια.
Πώς λειτουργεί ένας αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης;
Ένας αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης είναι μια συσκευή που δημιουργεί και ελέγχει μια παρατεταμένη αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης, αλλά όλοι τους μοιράζονται μερικά βασικά χαρακτηριστικά.
1. Περιορισμός πλάσματος
Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία μιας αντίδρασης πυρηνικής σύντηξης είναι η δημιουργία ενός πλάσματος. Ένα πλάσμα είναι ένα ζεστό, ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο. Σε έναν αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης, το πλάσμα αποτελείται από δευτερόριο και τρίνιο, δύο ισότοπα υδρογόνου.
Το πλάσμα πρέπει να περιορίζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε να μην έρχεται σε επαφή με τους τοίχους του αντιδραστήρα και να κρυώσει. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι συστημάτων μαγνητικού περιορισμού:tokamaks και stellarators.
Σε ένα Tokamak, το πλάσμα περιορίζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο σχήματος διάτμησης. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από μια σειρά υπεραγωγικών πηνίων.
Σε ένα αστρικό, το πλάσμα περιορίζεται σε ένα πιο περίπλοκο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από μια σειρά μόνιμων μαγνητών.
2. Θέρμανση
Μόλις περιοριστεί το πλάσμα, πρέπει να θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Αυτό γίνεται συνήθως χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων των μικροκυμάτων, των ραδιοκύμων και της έγχυσης ουδέτερης δέσμης.
Η θερμοκρασία του πλάσματος πρέπει να είναι αρκετά υψηλή για να ξεπεράσει την ηλεκτρική απόρριψη μεταξύ των πυρήνων του δευτερίου και του τριτοειδούς. Όταν η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή, οι πυρήνες θα συγχωνευθούν μαζί, απελευθερώνοντας ενέργεια.
3. Εξαγωγή ενέργειας
Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την αντίδραση σύντηξης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό γίνεται με τη χρήση της θερμότητας από το πλάσμα για να μετατρέψει έναν στρόβιλο, ο οποίος παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Οι προκλήσεις της πυρηνικής σύντηξης
Η πυρηνική σύντηξη είναι μια πολλά υποσχόμενη πηγή ενέργειας, αλλά υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν να είναι εμπορικά βιώσιμες.
1. Περιορισμός πλάσματος
Το πλάσμα πρέπει να περιορίζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε να μην έρχεται σε επαφή με τους τοίχους του αντιδραστήρα και να κρυώσει. Αυτό είναι ένα δύσκολο έργο και είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η έρευνα πυρηνικής σύντηξης.
2. Θέρμανση
Το πλάσμα πρέπει να θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Αυτό είναι επίσης ένα δύσκολο έργο, και είναι μια άλλη από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η έρευνα πυρηνικής σύντηξης.
3. Εξαγωγή ενέργειας
Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την αντίδραση σύντηξης πρέπει να χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για ένα σχετικά απλό έργο, αλλά είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας είναι όσο το δυνατόν υψηλότερη.
Το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης
Η πυρηνική σύντηξη έχει τη δυνατότητα να παρέχει μια ασφαλή, καθαρή και βιώσιμη πηγή ενέργειας. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν να είναι εμπορικά βιώσιμες.
Η έρευνα για την πυρηνική σύντηξη συνεχίζεται και υπάρχουν πολλές υποσχόμενες εξελίξεις. Εάν συνεχιστούν αυτές οι εξελίξεις, η πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα μέσα στις επόμενες δεκαετίες.
Εδώ είναι μερικές από τις βασικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν από την πυρηνική σύντηξη μπορεί να είναι εμπορικά βιώσιμη:
* Περιορισμός πλάσματος: Το πλάσμα πρέπει να περιορίζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο για αρκετό καιρό για να επιτρέψει τη λήψη αντιδράσεων σύντηξης. Αυτό είναι ένα δύσκολο έργο, καθώς το πλάσμα είναι ζεστό και εξαιρετικά φορτισμένο και τείνει να θέλει να ξεφύγει από το μαγνητικό πεδίο.
* Θέρμανση: Το πλάσμα πρέπει να θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία για να συγχωνεύσει τους πυρήνες. Πρόκειται για ένα δύσκολο έργο, καθώς χρειάζεται πολλή ενέργεια για να θερμαίνει το πλάσμα στην απαιτούμενη θερμοκρασία.
* Υλικά: Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του αντιδραστήρα πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες και την ακτινοβολία που σχετίζονται με τη διαδικασία σύντηξης. Αυτή είναι μια δύσκολη πρόκληση, καθώς δεν υπάρχουν υλικά που είναι επί του παρόντος διαθέσιμα που μπορούν να πληρούν αυτές τις απαιτήσεις.
* αναπαραγωγή τριδιού: Το τρίδιο είναι ένα από τα ισότοπα υδρογόνου που χρησιμοποιείται σε αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης. Το τρίδιο είναι ραδιενεργό και έχει σύντομο χρόνο ημίσειας ζωής, οπότε πρέπει να αναπληρώνεται συνεχώς στον αντιδραστήρα. Αυτό είναι ένα δύσκολο έργο, καθώς απαιτεί μια πολύπλοκη και δαπανηρή διαδικασία.
Παρά τις προκλήσεις, υπάρχουν διάφοροι λόγοι για να είμαστε αισιόδοξοι για το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης. Πρώτον, η πυρηνική σύντηξη είναι μια πολύ ελπιδοφόρα πηγή ενέργειας. Είναι καθαρό, ασφαλές και βιώσιμο. Δεύτερον, υπάρχουν αρκετές υποσχόμενες εξελίξεις στην έρευνα πυρηνικής σύντηξης. Τρίτον, υπάρχει μια αυξανόμενη διεθνής προσπάθεια ανάπτυξης της τεχνολογίας πυρηνικής σύντηξης.
Εάν συνεχιστούν αυτές οι συνεταιριστικές προσπάθειες, η πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να γίνει μια σημαντική παγκόσμια πηγή ενέργειας κατά το δεύτερο εξάμηνο αυτού του αιώνα.
