Millal lõpetab tuumasüntees nafta ja gaasi tegevuse?

See jõuluaeg on tänu ja lootuse aeg teaduses toimuvate jõuliste hüpete eest:

Esiteks Prints William, kes asutas Earthshotsi auhinna, kuulutas välja auhinnad Bostonis 2022. Üks kategooria kutsuti Elusta meie ookeanid. Võitjaks osutus rühm nimega Suure Vallrahu põlisrahvaste naised. Reef on olnud rünnaku all ja võitjad on pühendunud selle kaitsmisele. Nad töötavad selle nimel, et kaitsta randu ja kilpkonnasid ning säilitada mererohtu, mis püüab kinni kümme korda rohkem CO2 kui Amazonase metsad. Nad võitlevad iidsete aborigeenide teadmistega ja kasutavad kaasaegseid tööriistu, nagu droone, et jälgida rifi muutusi korallides ja sisemaa võsapõlenguid.

Teiseks on USA energeetikaministeerium 20 aastat rahastanud väikese moodultuumareaktori (SMR) kontseptsiooni ja arendamist, mida nimetatakse tuumaenergiamooduliks. Eelised on turvalisem, odavam, skaleeritav ja süsinikuvaba. See on ainus SMR, mis on saanud tuumaenergia reguleerimise komisjonilt (NRC) projekti heakskiidu. Vähem kui 100 jala pikkune moodul on 15 jala laiune silinder, mis asub maapinnast allpool veevannis. See suudab toota 77 megavatti elektrit, mis suudab toita 60,000 2029 kodu. Eesmärk on XNUMX. aastaks Idahos tööle saada.

Kolmandaks on meditsiiniasutusel a läbimurre teatud vähivormide ravis. Meetod eemaldab T-rakud, mis on osa vähiga võitlevast immuunsüsteemist, kehast välja, et neid CRISPR-tehnika abil geneetiliselt muundada, ja seejärel süstitakse need "elusravimina" tagasi kehasse. CRISPR-i abil saab T-rakke peenhäälestada ja muuta nende rünnakutes surmavamaks teatud vähirakkude vastu.

Neid "valmis" T-rakke saab CRISPR-i abil kiiresti toota suurtes kogustes, selle asemel, et oodata nädalaid või kuid. 12. detsembril 2022 teatas Kansase ülikooli dr McGuirk katsetulemustest, mis olid üllatavalt head ja avasid uue ukse vähktõve ravis: kasvajad olid vähenenud 67%-l 32 lümfoomivähiga patsiendist. 40% patsientidest saavutas täieliku remissiooni. Selle tehnika potentsiaali vastu paljude teiste vähivormide ravimisel on suur entusiasm.

Neljandaks on läbimurre tuumasünteesis, mis on üsna vapustav.

Tuumasünteesi läbimurre.

Eelmisel sajandil, füüsika suurimal sajandil, oli üks avastusi tuuma lõhustumine. Kui raske aatom, näiteks plutoonium, laguneb, kaob väike kogus massi ja see ilmub uuesti tohutu energiahulgana – sest E = mc^2, kus c on valguse kiirus ja väga suur arv.

Ähvarduses, et Saksamaa töötab selle reaktsiooni põhjal välja ahelreaktsioonipommi, kulutas USA valitsus tohutul hulgal vahendeid lõhustumispommi ehitamiseks Los Alamoses, New Mexico osariigis, minu elukohast mitte kaugel. Seda katsetati Albuquerque'ist lõuna pool asuvas White Sandsi kõrbes ja lõpuks kasutati seda sõja lõpetamiseks Jaapaniga.

Kommertsrakendus viis kiiresti eri riikides võrgusuuruste tuumareaktoriteni. Mõned olid edukad – Prantsusmaa saab 70% oma elektrienergiast 56 tuumareaktorist, samas kui USA saab umbes 20% oma energiast 93 tuumareaktorist.

Kuid edu on muretu, kui juhtuvad kohutavad õnnetused, nagu Tšernobõli (Venemaa) 1986. aastal ja Fukushima (Jaapan) 2011. aastal, ning pidev mure tuumajäätmete kõrvaldamise pärast USA-s.

Tuuma sõsarreaktsioon on see, kui kaks vesiniku tuuma on sunnitud tõukejõududest üle saades ühinema heeliumiks ja vabaneb taas tohutult palju energiat. See oli USA vesinikupommikatsetuste aluseks Vaikse ookeani lõunaosas (Bikiini atollil) 1950. aastatel enne katsekeelu lepingut 1963. aastal.

Sellest ajast alates on aastakümnete jooksul otsitud tuumasünteesi kaubanduslikku rakendust. Näiteks üks ettevõtmine põhineb Sandia National Laboratories'is Albuquerque'is, kus kuuma laetud plasmat piiravad elektriväljad. Idee oli plasma piiramine, kokkusurumine ja kuumutamine (energia sissevool), kuni vesiniku tuumad ühinevad (energia välja). Kuid energia sissetulek oli alati suurem kui energia väljavool.

Teine kaubanduslik rakendus oli Lawrence Livermore'i laboris Californias San Francisco lahe piirkonnas. Siin Kasutati 192 laserit plasma piiramiseks, kokkusurumiseks ja kuumutamiseks, puhudes õhku miljon dollarit maksva vesiniku isotoopide segu. Tulemused olid alati samad – siiani. 1. detsembril 16 lõppenud nädalal teatati, et energia väljavool (2022 megadžauli) oli esimest korda suurem kui sissevool (3.1 megadžauli). See on tõeline läbimurre. Saavutatud temperatuur oli 2.1 miljonit kraadi C.

Pannes selle perspektiivi.

Esiteks on energia sisse- ja väljalülitamine liiga lihtne, sest laserite sisselülitamiseks on vaja palju rohkem energiat: 400 megadžauli. Vaata viidet 1.

Teiseks rääkis edulugu vaid ühest sündmusest – ühest fusioonsüütest. Praktilisuse lähedal oleks vaja palju-palju termotuumasünteesi sündmusi minutis ja vaja oleks tuhandeid kordi võimsamat laserit. Lisaks peaks kulu olema miljon korda odavam (viide 1). Ühesõnaga, see üks õnnestumine, kuigi inspireeriv, ei ole kaugeltki praktilise rakenduse ette kujutamine.

Seega pole see odav ja praktiline, kuid see toodaks suure intensiivsusega energiat ja oleks süsinikuvaba.

Tuuma lõhustumise energia on miljon korda võimsam kui ükski teine ​​energiaallikas maa peal. Ja see on suur põhjus, miks sellistesse riikidesse nagu Prantsusmaa ja USA on investeeritud kümnete tuumaelektrijaamade ehitamiseks.

Tuumasüntees tekitab 3-4 korda rohkem energiat kui tuumalõhustumine. See on üks osa unenäost. Teine osa termotuumasünteesi unistusest on see, et pole olemas tuumajäätmeid, mida kõrvaldada – jäätmeid, mille lagunemiseks võib kuluda sadu või tuhandeid aastaid. Kolmas osa on see, et termotuumasüntees ei ole ahelreaktsioon, seega on tuumareaktsioonide ja plahvatuste oht olematu.

Kuna elektri tootmine põhjustab ligikaudu kolmandiku ülemaailmsetest kasvuhoonegaaside heitkogustest, on unistuse viimane osa tuumasünteesijaamad, mis on üle riigi puistatud, et pakkuda suure intensiivsusega süsinikuvaba elektrienergiat.

Kuid pidage meeles, see on ainult unistus. Vaatamata oma eelistele ei pane süsinikuvaba tuumasünteesi nafta- ja gaasitööstust 2050. aastaks ja võib-olla isegi mitte 2100. aastaks välja.

Kaasavõtmine.

Inimkond on jäljendanud päikese valguse ja soojuse allikat. Umbes 15 miljoni kraadi C juures surutakse Päikese gaasiline sisemus tohutu rõhu all kokku – teelusikatäis kaalub 750 grammi ehk 1.65 naela. Päikese sisetingimuste reprodutseerimiseks laboris ja kasumiläve saavutamiseks (energia väljalaskmine rohkem kui sissevool ) on muljetavaldav saavutus.

Kuid tuumasünteesi ei ole kaugeltki lähedal isegi ette kujutada kaubanduslikku rakendust.

Miks me siis kulutame selle uurimisele palju raha? Sest seda teevad arenenud riigid. Nad ehitavad teleskoope nagu James Webb ja paigaldavad need satelliitidele, et universumit uurida. Nad ehitavad rakette, et viia mehed ja naised Kuule. Nad ehitavad magnetilisi võidusõiduradasid, et kiirendada prootoneid valguse kiiruseni, enne kui need kokku kukuvad, ja paljastavad fragmentides tabamatuid subatomaarseid osakesi nagu Higgsi boson.

Poliitika mängib suurt rolli selle otsustamisel, kuhu jaotatakse valitsuse toetus ja rahastamine teadusele. Õnneks, nagu eespool mainitud, on palju näiteid riikidest, mis kasutavad teadust, et lahendada pakilisi probleeme, millest on inimkonnale otsene kasu.

Viide 1: Jeruusalemma Demsas, Päikese jõud, The Atlantic Daily, 16. detsember 2022.