Bakit ang Max Planck Institute Wanted to Cook Up Plasma sa Fusion Reactor nito

Walang lubos na tulad ng isang fusion reaktor upang makabuo ng kaguluhan. Pagkatapos ng siyam na taon ng konstruksiyon at € 1 bilyon, pinalabas ng mga siyentipiko sa Max Planck Institute of Plasma Physics ang unang mainit na pagsubok ng Wendelstein 7-X fusion device noong Disyembre 10, at nakabuo ng isang helium plasma na tumagal ng isang ikasampu ng isang segundo at umabot sa isang milyong grado na Celsius. Ngunit hindi ka pa nakakausap. Ito ay isang hakbang lamang sa paghahanda ng kagamitan para sa tunay na layunin nito: pag-aaral ng nuclear fusion sa hydrogen gas.

Okay, ngayon ikaw ay pumped.

Matagal nang naging Fusion ang ginintuang guya ng pananaliksik sa enerhiya ng nuclear, nagpapakita ng nuclear fission sa lahat ng mga kategorya maliban sa pagiging posible. Gumagawa ang Fusion ng napakalaki na halaga ng enerhiya - ito ay, pagkatapos ng lahat, ang parehong proseso na nagpapagana sa araw. Ngunit ang mismong kapangyarihan nito ay nagiging isang sakit sa asno upang harapin. Ang bawat reaktor ng fusion na binuo sa ngayon ay uminom ng higit na lakas kaysa sa ginawa nito. Ang record para sa fusion power ay itinakda noong 1997: 16 megawatts na ginawa gamit ang isang input na kapangyarihan ng 24 megawatts. Ngunit kung ang isang tao ay namamahala upang i-on ang equation sa paligid … Maaari mong sabihin murang, carbon-free enerhiya?

Hindi tulad ng hindi gaanong sopistikadong pinsan nito, ang fusion ay hindi gumagawa ng radioactive waste. Ang siklo ng suplay ng hydrogen ay mas mababa kaysa sa cycle ng supply ng uraniyo. Upang maging patas, ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng hydrogen ngayon ay karbon at likas na gas, ngunit ang hydrogen ay maaaring gawin sa pamamagitan ng electrolysis.

Ang fission at fusion ay pareho sa dalawang aspeto. Parehong gamitin ang conversion ng atoms ng isang elemento sa atoms ng isa pang elemento, at pareho ay unang ginamit bilang mga armas. Fat Man at Little Boy, ang mga fission bomb ay bumaba sa Hiroshima at Nagasaki noong 1945, nagbigay daan sa pamamagitan ng 1952 sa mga fusion device tulad ni Ivy Mike. (Kahit na hindi itinayo si Ivy Mike bilang isang bomba, agad itong sinundan ng mga thermonuclear na warheads ng maraming mga megaton sa ani ang lahat ng maihahatid ng intercontinental missile.)

Ang fusion bomba ay kilala bilang isang H-bomba para sa isang dahilan: Ang walang uliran release ng enerhiya ay nagmula sa pagsasanib ng mga atoms ng hydrogen. Hinahanap ng mga mananaliksik ng Fusion na gamitin ang epekto na ito para sa henerasyong kapangyarihan ng sibilyan. Ito ay isang hamon. Ang hydrogen fusion sa ibabaw ng Earth ay nangangailangan ng mga temperatura na labis sa isang milyong grado na Celsius. Sa mga temperatura na ito, ang hydrogen at helium ay naging isang plasma, ang ikaapat na anyo ng bagay.

Ngunit kung ano ang impiyerno ay isang plasma, gayon pa man?

Sa maikli, ang isang plasma ay isang ionized gas. Sa isang plasma, ang lahat ng mga molekular na bono ay natutunaw at ang mga electron ay iniiwan ang kanilang mga host atoms. Ang mga plasmas ay mataas na kondaktibo dahil mayroon silang isang mataas na carrier density carrier, ibig sabihin ang mga electron at ions ay libre upang ilipat independiyente ng isa sa pagtugon sa isang electric field.

Kahit na ang lahat ng ito ay kakaiba, ang mga plasmas ay gumawa ng regular na mga pagpapakita sa ating buhay. Ang ilaw mula sa mga bolts ng kidlat at mga palatandaan ng neon ay nagmula sa mga elektron na muling pagsasama ng mga ions at paglubog sa mas mababang mga estado ng kabuuan, isang proseso na kilala bilang kusang pagpapalabas. Ang ilang mga apoy ay sapat na mainit upang mag-ionize ang mga tambutso, at ang mga torch ng plasma, mga screen ng plasma at mga arc welder lahat ay gumagamit ng plasmas.

Ngunit lahat ng wala sa plasma sa isang reaktor ng fusion. Sa isang milyong grado na Celsius, ang mga atomo sa fusion sop ay sobrang masigla. Kung hindi sila nakapaloob, mag-jet off sila, makapinsala sa patakaran ng pamahalaan, at hindi mabibigkis sa isa't isa. Kung walang containment, malamang na hindi mo maabot ang isang milyong degree sa unang lugar.

Ang Containment ay ang pangunahing hamon sa pagsasaliksik ng fusion. Ang plasma ay dapat manatili sa isang nakakulong na espasyo at hindi dapat hawakan ang mga dingding ng fusion vessel. Hindi na kailangang sabihin, ang sisidlan ay dapat itago sa mataas na vacuum. Ang Wendelstein 7-X ay gumagamit ng 65 vacuum pumps upang i-hold ang presyon sa 0.000000001 millibars. (Iyan ay 0.000001 Pascals para sa iyo SI lover.) Ang tanging makatotohanang paraan sa pamamagitan ng kung saan upang ikulong ang isang ionized gas sa hellish temperatura ay upang i-hold ito sa isang magnetic field. At ito ay kung saan ang mga bagay ay talagang nakakalito.

Para sa mga taon, ang pinakasikat na disenyo ng fusion reactor ay ang tokamak. Sa mga taon bago nagpe-play ng chess ang mga super-computer, nag-trash sa mga tao sa Jeopardy, at nakatiklop na mga protina, ang mga siyentipiko ay dumating sa matalino na paraan upang makagawa ng tamang hugis na magnetic field. Sa isang tokamak, isang electric kasalukuyang tumatakbo sa pamamagitan ng mga pares ng plasma na may mga panlabas na electromagnets upang lumikha ng kinakailangang magnetic field.

Hindi kaya sa Wendelstein 7-X. Dito, ang containment field ay ganap na mula sa panlabas na superconducting electromagnets. Ang koponan ng pananaliksik ay gumamit ng supercomputer upang ma-optimize ang hugis ng mga magnet na ito at maalis ang pangangailangan ng kasalukuyang plasma. Ang estilo ng fusion reaktor ay kilala bilang isang stellarator.

Sa ngayon, walang sinuman ang nagtayo ng isang fusion reaktor na bumubuo ng mas maraming enerhiya kaysa sa kumain. Kahit Wendelstein 7-X, ang pinakamalaking stellarator-type reactor sa mundo, ay itinayo para sa mga layuning pananaliksik, hindi upang makabuo ng enerhiya. Ngunit kung nais mong mamuhunan ang iyong pag-asa sa isang pagsasanib proyekto, Wendelstein 7-X ay isang magandang lugar upang magsimula. Siguraduhin mo ring i-on ang ITER, masyadong, itinakda upang maging pinakamalaking tokamak sa mundo.