"Mokslininkai, tyrinėjantys sintezės energiją Lawrence'o
Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijoje, antradienį paskelbė,
kad peržengė ilgai lauktą Saulės galios atkūrimo laboratorijoje etapą.
Tai sukėlė visuomenės susijaudinimą, kai mokslininkai
dešimtmečius kalbėjo apie tai, kaip branduolių sintezė, branduolinė reakcija,
dėl kurios žvaigždės šviečia, gali tapti gausiu energijos šaltiniu ateityje.
Antradienį paskelbtas rezultatas yra pirmoji sintezės
reakcija laboratorijoje, kuri iš tikrųjų pagamino daugiau energijos, nei reikėjo
reakcijai pradėti.
„Tai nuostabus pavyzdys, kaip įgyvendinta galimybė,
pasiektas mokslinis etapas ir kelias į priekį į švarios energijos galimybes“, –
antradienio rytą spaudos konferencijoje sakė Baltųjų rūmų mokslo patarėjas
Arati Prabhakaras. „Energy“ būstinė Vašingtone „Ir dar gilesnis čia taikomų
mokslinių principų supratimas“.
Jei branduolių sintezę būtų galima panaudoti dideliu mastu,
tai būtų energijos šaltinis, kuriame nebūtų taršos ir šiltnamio efektą
sukeliančių dujų, atsirandančių, deginant iškastinį kurą, ir pavojingų ilgaamžių
radioaktyvių atliekų, kurias sukuria dabartinės atominės elektrinės,
kuriose naudojamas branduolių skilimas gaminti.
Saulėje ir žvaigždėse sintezė nuolat sujungia vandenilio
atomus į helį, gamindama saulės šviesą ir šilumą, kuri apgaubia planetas.
Eksperimentiniuose reaktoriuose ir lazerių laboratorijose
Žemėje sintezė pateisina savo, kaip labai švaraus energijos šaltinio,
reputaciją.
Tačiau visada buvo erzinantis įspėjimas. Visoms mokslininkų
pastangoms kontroliuoti nepaklusnią sintezės galią, jų eksperimentai sunaudojo
daugiau energijos, nei susidarė sintezės reakcijos metu.
Tai pasikeitė gruodžio 5 d., 01:03, kai 192 milžiniški
lazeriai laboratorijos Nacionalinėje uždegimo įstaigoje susprogdino nedidelį,
maždaug pieštuko trintuko dydžio cilindrą, kuriame buvo sustingęs deimantu
aptrauktas vandenilio gumbas.
Lazerio spinduliai pateko į cilindro viršų ir apačią, jį
išgarindami. Tai sukėlė vidinį rentgeno spindulių puolimą, kuris suspaudžia 4,4 mm
dydžio deuterio ir tričio, sunkesnių vandenilio formų, kuro granules.
Per trumpą akimirką, trukusį mažiau, nei 100 trilijoninių
sekundės dalių, 2,05 megadžaulio energijos – maždaug svaro TNT ekvivalentas –
bombardavo vandenilio granules. Ištekėjo neutroninių dalelių – sintezės
produkto – potvynis, kuris nešė apie 3 megadžaulius energijos, o tai 1,5 karto
padidino energijos kiekį.
Tai peržengė slenkstį, kurį lazerių sintezės mokslininkai
vadina uždegimu, skiriamąja linija, kai sintezės generuojama energija yra lygi lazerių, pradedančių reakciją, energijai.
„Matote vieną diagnostiką ir galvojate, kad, galbūt, tai
nerealu, o tada pradedate matyti vis daugiau diagnostikos duomenų, rodančių tą
patį“, – sakė Livermore fizikė Annie Kritcher, kuri apibūdino duomenų peržiūrą
po eksperimento. "Tai puikus jausmas."
Sėkmingas eksperimentas pagaliau pasiekia uždegimo tikslą,
kuris buvo pažadėtas, kai 1997 m. buvo pradėtas statyti Nacionalinis uždegimo
įrenginys. Tačiau 2009 m. pradėjus eksploataciją, įrenginys beveik nesukūrė
jokios sintezės, o tai gėdingas nusivylimas po 3,5 mlrd. dolerių investicijų iš
federalinės valdžios.
2014 m. Livermore mokslininkai pagaliau pranešė apie tam
tikrą sėkmę, tačiau pagaminta energija buvo menka – tiek, kiek sunaudoja 60
vatų lemputė per penkias minutes. Per ateinančius kelerius metus pažanga buvo nedidelė.
Tada, praėjusių metų rugpjūtį, įrenginys pagamino daug
didesnį energijos pliūpsnį – 70 procentų tiek energijos, kiek lazerio šviesos
energija.
Viename interviu Livermore ginklų fizikos ir dizaino
programos direktorius Markas Herrmannas sakė, kad mokslininkai atliko keletą
eksperimentų, kad geriau suprastų stebėtiną rugpjūčio sėkmę, ir stengėsi
padidinti lazerių energiją beveik 10 procentų, tam siekdami pagerinti vandenilio taikinių
dizainą.
Pirmasis 2,05 megadžaulio lazerio šūvis buvo atliktas
rugsėjį, o pirmasis bandymas pagamino 1,2 megadžaulio sintezės energijos. Be
to, analizė parodė, kad sferinės vandenilio granulės nebuvo išspaustos
tolygiai, o dalis vandenilio iš esmės išsiliejo iš šono ir nepasiekė lydymosi
temperatūros.
Mokslininkai atliko kai kuriuos pakeitimus, kurie, jų
manymu, veiktų geriau.
„Prieš šūvį buvo prognozuojama, kad jis gali padidėti du
kartus“, – sakė daktaras Herrmannas. "Tiesą sakant, jis padidėjo šiek tiek
daugiau."
Pagrindinis Nacionalinės uždegimo priemonės tikslas –
atlikti eksperimentus, padedančius JAV išlaikyti savo branduolinius ginklus.
Dėl to tiesioginės pasekmės energijos gamybai yra antrinės.
Sintezė iš esmės būtų energijos šaltinis be teršalų ir
padėtų sumažinti kurą deginančių elektrinių poreikį, kurios
kasmet į atmosferą pumpuoja milijardus tonų planetą šildančio anglies dioksido.
Tačiau prireiks nemažai laiko, kol sintezė taps prieinama
plačiu ir praktiniu mastu, jei kada nors.
„Tikriausiai dešimtmečius“, – antradienio spaudos
konferencijoje sakė Lawrence'o Livermore'o direktorius Kimberly S. Budil.
„Nemanau, kad šeši dešimtmečiai. Manau, kad ne penkis dešimtmečius, ką mes
sakydavome. Manau, kad tai žengia į pirmą planą ir tikriausiai, dedant
pastangas ir investicijas, kelių dešimtmečių pagrindinių technologijų tyrimai
galėtų padėti mums pastatyti elektrinę."
Dauguma klimato mokslininkų ir politikos formuotojų teigia,
kad, norint pasiekti šį tikslą apriboti atšilimą iki 2 laipsnių Celsijaus arba
dar ambicingesnį 1,5 laipsnio atšilimo tikslą, pasaulis iki 2050 m. turi
pasiekti nulinį išmetamųjų teršalų kiekį.
Iki šiol sintezės pastangos daugiausia naudojo spurgos
formos reaktorius, žinomus kaip tokamakai. Reaktoriuose vandenilio dujos
įkaitinamos iki pakankamai karštos temperatūros, kad elektronai būtų atskirti
nuo vandenilio branduolių, sukuriant vadinamąją plazmą – teigiamai įkrautų
branduolių ir neigiamai įkrautų elektronų debesis. Magnetiniai laukai sulaiko
plazmą spurgos formoje, o branduoliai susilieja, išskirdami energiją į išorę
skrendančių neutronų pavidalu.
Darbas NIF yra kitoks, tačiau iki šiol mažai dirbo, kad
lazerinės sintezės jėgainės idėja būtų paversta realybe. „Yra labai didelių kliūčių
ne tik moksle, bet ir technologijose“, – sakė daktaras Budilas.
NIF yra galingiausias pasaulyje lazeris, tačiau jis yra
lėtas ir neefektyvus, pagrįstas dešimtmečių senumo technologija.
Maždaug sporto stadiono dydžio aparatas skirtas atlikti
pagrindinius mokslinius eksperimentus, o ne tarnauti, kaip elektros energijos
gamybos prototipas.
Vidutiniškai atliekama apie 10 kadrų per savaitę.
Komerciniam įrenginiui, naudojančiam lazerio sintezės metodą, reikėtų daug
greitesnių lazerių, galinčių šaudyti kulkosvaidžio greičiu, galbūt 10 kartų per
sekundę.
NIF taip pat vis dar sunaudoja daug daugiau energijos, nei
pagaminama sintezės reakcijose.
Nors naujausias eksperimentas davė grynąjį energijos
padidėjimą, palyginti su 2,05 megadžaulio gaunamų lazerio spindulių energija,
NIF reikėjo iš elektros tinklo ištraukti 300 megadžaulių energijos, kad būtų
sukurtas trumpas lazerio impulsas.
Kitų tipų lazeriai yra efektyvesni, tačiau ekspertai teigia,
kad gyvybinga lazerinės sintezės jėgainė, greičiausiai, pareikalautų daug daugiau
energijos, nei 1,5, pastebėta šiame naujausiame sintezės kadre.
„Jums reikės nuo 30 iki 100, kad gautumėte daugiau energijos
energijos jėgainei“, – sakė dr. Herrmannas.
Jis sakė, kad Livermore'as ir toliau skatins NIF sintezės
eksperimentus, kad padidintų sintezės našumą.
„Per ateinančius kelerius metus mes tikrai į tai sąžiningai
žiūrėsime“, – sakė daktaras Herrmannas. „Šie eksperimentai rodo, kad net šiek
tiek daugiau lazerio energijos gali padaryti didelį skirtumą."
Tyrėjai kitur žiūri į NIF eksperimento variantus. Kiti
skirtingų bangos ilgių lazeriai gali efektyviau šildyti vandenilį.
Kai kurie tyrėjai pritaria „tiesioginės pavaros“ požiūriui į
lazerio sintezę, naudojant lazerio šviesą tiesiogiai šildyti vandenilį. Dėl to
į vandenilį patektų daugiau energijos, bet taip pat galėtų atsirasti
nestabilumas, trukdantis sintezės reakcijoms.
Kovo mėnesį Baltieji rūmai surengė viršūnių susitikimą,
siekdami paspartinti komercines sintezės pastangas.
„Sukurti ekonomiškai patrauklų požiūrį į sintezės energiją
yra didžiulis mokslinis ir inžinerinis iššūkis“, – Tamy Ma, vadovaujanti
Livermoro pastangoms tirti galimybes. „Be jokios abejonės, tai bus monumentalus
užsiėmimas.
Daktaras Ma sakė, kad netrukus bus paskelbta energetikos
departamento užsakyta ataskaita, kuri sudarys pagrindą lazerinės sintezės
energijos tyrimams.
„Tokia programa, – sakė ji, – neišvengiamai pareikalaus
visos bendruomenės, įskaitant akademinę bendruomenę, pradedančias įmones ir
komunalines įmones, be nacionalinių laboratorijų, tokių, kaip Livermore."
Antradienį paskelbti rezultatai bus naudingi mokslininkams,
dirbantiems su branduolinėmis atsargomis, kurios yra pagrindinis NIF tikslas.
Atlikdami šias branduolines reakcijas laboratorijoje mažiau destruktyvaus
masto, mokslininkai siekia pakeisti duomenis, kuriuos jie rinko iš požeminių
branduolinių bombų detonacijų, kurias Jungtinės Valstijos sustabdė 1992 m.
Didesnė branduolių sintezės išeiga iš objekto suteiks
daugiau duomenų, „kuris leis mums išlaikyti pasitikėjimą savo branduoline
atgrasymo priemone, nereikalaujant tolesnių požeminių bandymų“, sakė dr.
Herrmannas. „Ši 30 000 trilijonų vatų galia sukuria labai ekstremalią aplinką“,
kuri labiau primena sprogstamą branduolinį ginklą.
Riccardo Betti, vyriausiasis Ročesterio universiteto
Lazerinės energetikos laboratorijos mokslininkas, nedalyvavęs šiame konkrečiame
Livermore eksperimente, sakė: „Tai yra tikslas – parodyti, kad pirmą kartą
galima padegti termobranduolinį kurą laboratorijoje. "
„Ir šitai yra padaryta“, – pridūrė jis. "Taigi, tai
puikus rezultatas.""
Energija, kurią lazeriai įveda į reakcijos kamerą, dabar yra mažesnė už reakcijos metu pagamintą energiją. Praktiškai tai neturi jokios naudos, nes energija, skirta lazeriams veikti, vis dar yra daug didesnė už reakcijos metu pagamintą energiją.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą