Vi ved, at menneskehedens nysgerrighed efter at kontrollere alt har ført til store teknologiske fremskridt. Et af de største problemer, som menneskeheden står over for i dette århundrede, er energikrisen. Dette nødvendiggør udviklingen af ​​alle de nødvendige aspekter for at opnå kernefusion. Kinas kunstige sol er tæt på at opnå kernefusion og afslutte problemerne med energikrisen.
I denne artikel vil vi fortælle dig, hvad den kunstige sol i Kina er, hvad dens karakteristika er, og hvor vigtig den er for det globale energiparadigme.
Hvad er Kinas kunstige sol
De kalder den en kunstig sol, fordi den bruger den samme energikilde som vores nærmeste stjerne. Det er et af videnskabens mest lovende fremskridt med et teknisk navn kaldet fusion: en næsten ren energikilde, som stormagter har forfulgt i årtier . Så meget, at man for halvtreds år siden sagde, at der kun var halvtreds...
Det ser dog ud til, at vi nærmer os. Blandt andet fordi Kina netop har slået rekorden for den længste nukleare fusionsreaktion: 120 millioner grader Celsius i 101 sekunder.
Først vil vi gå videre og forklare, hvad nuklear fusion egentlig er. Konventionelle atomkraftværker fungerer ved at frigive energi fra fission. Det vil sige "bryde" atomet. Således bruges beriget uran bombarderet med neutroner til at starte en nuklear kædereaktion.
Disse anlæg har været i drift i over et halvt århundrede. Helt konkret blev det første nettilsluttede atomkraftværk færdiggjort i Sovjetunionen i 1954. Men som Tjernobyl-katastrofen viser, er de ikke uden risici. Hvis du vil vide mere om, hvordan disse anlæg fungerer, kan du læse vores artikel om, hvad solen er , og hvordan den relaterer sig til energiudvikling.
På den ene side har vi ukontrollerede kædereaktioner. Selvom konsekvenserne var katastrofale, er sådanne begivenheder yderst unormale. Det virkelige problem med nuklear fission er det affald, det producerer, som kan forblive farligt radioaktivt i hundreder af år.
Omvendt giver kernefusion eller en kunstig sol mulighed for at generere energi sikkert med minimal eller intet spild . Takket være deres lave CO2-aftryk kan de være effektive værktøjer i kampen mod klimaforandringer. Dette er afgørende i betragtning af det presserende behov for bæredygtige løsninger som dem, der udforskes i forskningen i solens egenskaber.
Hvordan atomfusion opnås
Hvordan opnås det? I det væsentlige kombinerer den to lette kerner til en tung kerne, der udsætter dem for enormt pres og ekstremt høje temperaturer. Reaktionen frigiver også energi, fordi de resulterende kerner er mindre massive end de to første kerner alene.
Typisk er det brændstof, der bruges til at skabe en kunstig sol, baseret på isotoper af deuterium og tritium. Deuterium kan udvindes fra havvand, mens tritium kan udvindes fra lithium . Begge elementer er utroligt rigelige, næsten uendeligt rigelige sammenlignet med uran. For eksempel kan deuterium i en liter havvand producere energiækvivalenten til tre hundrede liter olie.
For at forstå den energi, der frigives under fusion, skal man overveje, at blot et par gram brændstof kan generere terajoule: nok til at dække energibehovet for én person i et udviklet land i seks år. Dette potentiale er genstand for undersøgelse i forskellige forskningsprojekter om vedvarende energi og skabelsen af ​​kunstige skyer og deres indvirkning på klimaet.
Fusionsreaktioner producerer også affald. Det meste er helium, en inert gas. Der produceres dog også små mængder radioaktivt affald udvundet af tritium. Heldigvis henfalder disse meget hurtigere end deres fissionsmodstykker. Specifikt kan de genbruges eller genanvendes på mindre end 100 år. På den anden side påvirker den neutronflux, der produceres under fusion, de omgivende materialer, som gradvist bliver radioaktive uden beskyttelse. Derfor vil afskærmning af reaktorstrukturen være et andet afgørende aspekt.
Hvordan Kinas kunstige sol fungerer
Ok, nu har vi vores tritium og deuterium brændstoffer, og de grundlæggende principper for drift. Men hvordan fungerer denne proces helt præcist? Her begynder faldgruberne, når man går fra teori til praksis.
Som forventet var det nødvendigt at anvende meget høje tryk og temperaturer – nok til at forvandle brændstoffet til et ekstremt varmt plasma. Atomerne skal kollidere med hinanden ved temperaturer på mindst 100 millioner grader Celsius, med tilstrækkeligt tryk til at bringe dem så tæt på hinanden, at den nukleare tiltrækning overvinder den elektriske frastødning.
At etablere en grov parallelitet er som at overvinde frastødningen af ​​to magneter med samme polaritet, indtil du kan lime dem sammen. For at opnå disse ekstreme forhold bruges magnetiske felter og kraftige laserstråler til at fokusere brændstoffet. Når først den hypervarme plasmatilstand er nået, skal der fortsat tilføres brændstof, mens man forsøger at kontrollere de høje varmeemissioner uden at ødelægge reaktoren.
Der findes selvfølgelig intet materiale i verden, der kan modstå 100 millioner grader Celsius uden at smelte øjeblikkeligt. Det er her, plasmaindespærring kommer ind i billedet, og dette opnås gennem forskellige typer reaktorer, såsom den, der undersøges i forbindelse med solenergi.
De seneste fremskridt inden for nuklear fusion
Som vi oprindeligt forventede, omfatter en af ​​de seneste udviklinger inden for nuklear fusion Kina. I maj 2021 meddelte forskere ved Southwest Institute of Physics (SWIP) i Chengdu, Kina, at deres HL-2M-reaktor havde slået alle rekorder for atomfusionseksperimenter.
Selvom det er en kompleks proces, er den største udfordring ikke selve fusionen, sådan som det er blevet opnået i mange reaktorer i de senere år. Den virkelige udfordring er at opretholde den over tid: få mennesker er i stand til at få den til at vare i mere end et par sekunder.
Det var der, SWIP-forskerne fik deres medalje: de nåede en temperatur på 150 millioner grader Celsius i 101 sekunder. Den tidligere rekord blev holdt af Sydkorea med 20 sekunder.
Denne tokamak-lignende reaktor udråbes som en "kunstig sol", men i virkeligheden er den ti gange varmere end solens kerne. Alle øjne er nu rettet mod det hidtil største internationale projekt: ITER. Dette massive projekt, der involverer 35 lande, har netop afsluttet sin første fase af byggeriet. Hvis alt går vel, vil den endelige reaktor være i stand til at generere 500 megawatt elektricitet omkring 2035.
Jeg håber, at disse oplysninger hjælper dig med at lære mere om Kinas kunstige sol og dens funktioner.