Kada će nuklearna fuzija izbaciti naftu i plin iz posla.

Ovo božićno vrijeme vrijeme je zahvalnosti i nade za nametnute korake u znanosti koji se ostvaruju:

Prvo, Princ William, koji je utemeljio Earthshots Prize, najavio je dodjelu nagrada u Bostonu 2022. Pozvana je jedna kategorija Oživite naše oceane. Pobjednik je bila grupa tzv Domorodačke žene Velikog koralnog grebena. Greben je bio napadnut, a pobjednici su predani njegovoj obrani. Rade na zaštiti plaža i kornjača te očuvanju morske trave koja hvata deset puta više CO2 nego amazonske šume. Bore se s drevnim aboridžinskim znanjem i koriste moderne alate poput bespilotnih letjelica za praćenje promjena koralja na grebenu, kao i šumskih požara u unutrašnjosti.

Drugo, Ministarstvo energetike SAD-a već 20 godina financira koncept i razvoj malog modularnog nuklearnog reaktora (SMR) pod nazivom NuScale Power Module. Sigurnije, jeftinije, skalabilno i bez ugljika su prednosti. To je jedini SMR koji je dobio odobrenje za dizajn od Nuklearne regulatorne komisije (NRC). Manje od 100 stopa visok, modul je 15 stopa širok cilindar koji se nalazi u kupki vode ispod razine tla. Može proizvesti 77 megavata električne energije koja može napajati 60,000 2029 domova. Cilj je pokrenuti se u Idahu do XNUMX.

Treće, medicinska ustanova ima pomak u liječenju određenih vrsta raka. Metoda uzima T-stanice, koje su dio imunološkog sustava koji se bori protiv raka, iz tijela kako bi ih genetski modificirale, koristeći CRISPR tehniku, a zatim ih ponovno ubrizgale natrag u tijelo kao "živi lijek". Koristeći CRISPR, T-stanice se mogu fino podesiti i učiniti smrtonosnijima u svom napadu na određene stanice raka.

Ove "gotove" T-stanice mogu se proizvesti u velikim količinama brzo pomoću CRISPR-a, umjesto da morate čekati tjednima ili mjesecima ranije. 12. prosinca 2022. dr. McGuirk sa Sveučilišta u Kansasu objavio je rezultate ispitivanja koji su bili iznenađujuće dobri i otvorili su nova vrata liječenju raka: tumori su se smanjili za 67% od 32 pacijenta s rakom limfoma. 40% bolesnika postiglo je potpunu remisiju. Postoji veliki entuzijazam za potencijal ove tehnike u liječenju mnogih drugih vrsta raka.

Četvrto je otkriće u nuklearnoj fuziji koje je prilično zapanjujuće.

Proboj nuklearne fuzije.

U prošlom stoljeću, najvećem stoljeću fizike, jedno od otkrića bila je nuklearna fisija. Kada se teški atom kao što je plutonij raspadne, mala količina mase se gubi i ponovno se pojavljuje kao ogromna količina energije - jer E = mc^2, gdje je c brzina svjetlosti i vrlo veliki broj.

Pod prijetnjom da će Njemačka razviti bombu lančane reakcije temeljenu na ovoj reakciji, američka vlada uložila je ogromna sredstva u izgradnju fisijske bombe u Los Alamosu, Novi Meksiko, nedaleko od mjesta gdje živim. Testiran je u pustinji White Sands južno od Albuquerquea, a na kraju je iskorišten za okončanje rata s Japanom.

Komercijalna primjena brzo je dovela do nuklearnih reaktora veličine mreže u različitim zemljama. Neki su bili uspješni – Francuska dobiva 70% svoje električne energije iz 56 nuklearnih reaktora, dok SAD dobiva oko 20% svoje energije iz 93 nuklearna reaktora.

Ali uspjeh je neugodan kada se dogode strašne nesreće, poput Černobila u Rusiji 1986. i Fukushime u Japanu 2011., te sveprisutne brige oko odlaganja nuklearnog otpada u SAD-u.

Sestrinska nuklearna reakcija je kada su dvije jezgre vodika prisiljene spojiti se u helij nadvladavanjem odbojnih sila i ponovno se oslobađa ogromna količina energije. To je bila osnova američkih testova hidrogenske bombe u Južnom Pacifiku (Atol Bikini) 1950-ih prije sporazuma o zabrani testiranja iz 1963.

Od tada se desetljećima traži komercijalna primjena nuklearne fuzije. Na primjer, jedan pothvat se nalazi u Nacionalnim laboratorijima Sandia u Albuquerqueu, gdje je vruća nabijena plazma ograničena električnim poljima. Ideja je bila ograničiti, sabiti i zagrijati plazmu (energija) dok se jezgre vodika ne spoje (energija). No energija je uvijek bila veća nego energija izlaz.

Druga komercijalna primjena bila je u Laboratoriju Lawrence Livermore u području zaljeva San Francisco u Kaliforniji. Ovdje Korištena su 192 lasera ograničiti, komprimirati i zagrijati plazmu izbacivanjem kuglice miješanih vodikovih izotopa vrijedne 1 milijun dolara. Rezultati su uvijek bili isti - sve do sada. Najavljeno u tjednu koji je završio 16. prosinca 2022., gubitak energije (3.1 megadžula) prvi je put bio veći od unosa energije (2.1 megadžula). To je pravi iskorak. Postignuta temperatura bila je 3 milijuna stupnjeva C.

Stavljajući ovo u perspektivu.

Prvo, unos energije u odnosu na potrošnju je previše jednostavan, jer je za pokretanje lasera potrebna znatno veća energija: 400 MegaJoula. Vidi ref. 1.

Drugo, priča o uspjehu odnosila se na samo jedan događaj – jedno paljenje fuzije. Da bi bio praktičan, zahtijevao bi mnogo, mnogo fuzijskih događaja u minuti i trebao bi laser koji je tisuće puta jači. Osim toga, cijena bi morala biti milijun puta niža (Ref. 1). Jednom riječju, ovaj uspjeh, iako inspirativan, nije ni blizu zamislive praktične primjene.

Dakle, nije jeftino i nije praktično, ali bi proizvodilo energiju visokog intenziteta i bilo bi bez ugljika.

Energija nuklearne fisije je milijun puta moćniji nego bilo koji drugi izvor energije na zemlji. I to je veliki razlog zašto se u zemljama poput Francuske i SAD-a ulaže u izgradnju desetaka nuklearnih elektrana.

Nuklearna fuzija stvara 3-4 puta više energije od nuklearne fisije. To je jedan dio sna. Drugi dio sna o fuziji jest da nema nuklearnih otpadnih proizvoda za odlaganje – otpadnih proizvoda za čije raspadanje mogu trebati stotine ili tisuće godina. Treći dio je da fuzija nije lančana reakcija, tako da opasnost od brzih nuklearnih reakcija i eksplozija ne postoji.

Budući da je proizvodnja električne energije odgovorna za oko trećinu globalnih emisija stakleničkih plinova, posljednji dio sna su postrojenja za nuklearnu fuziju razbacana po cijeloj zemlji kako bi se osigurala električna energija visokog intenziteta bez ugljika.

Ali zapamtite, to je samo san. Unatoč svojim prednostima, nuklearna fuzija bez ugljika neće ugasiti industriju nafte i plina do 2050., a možda čak ni do 2100. godine.

Za poneti.

Čovječanstvo je repliciralo sunčev izvor svjetlosti i topline. Na oko 15 milijuna stupnjeva C, plinovita unutrašnjost sunca komprimira se pod ogromnim pritiskom – čajna žličica teži 750 gm ili 1.65 lb. Da bi se replicirali unutarnji uvjeti sunca u laboratoriju i postigla rentabilnost (potrošnja energije veća od utroška ) je impresivan podvig.

Ali nuklearna fuzija nije ni blizu zamislive komercijalne primjene.

Zašto onda trošimo veliki novac istražujući to? Jer to rade napredne zemlje. Grade teleskope poput Jamesa Webba i postavljaju ih na satelite za proučavanje svemira. Grade rakete kako bi poslali muškarce i žene na Mjesec. Oni grade magnetske trkaće staze kako bi ubrzali protone do brzine svjetlosti prije nego što se sruše i u fragmentima otkriju nedostižne subatomske čestice poput Higgsovog bozona.

Politika igra veliku ulogu u odlučivanju gdje će se raspodijeliti državna potpora i sredstva za znanost. Srećom, kao što je gore navedeno, postoje mnogi primjeri zemalja koje koriste znanost za rješavanje gorućih problema koji izravno koriste čovječanstvu.

Referenca 1: Jerusalem Demsas, Snaga sunca, The Atlantic Daily, 16. prosinca 2022.