Lao đao vì làm đẹp bằng tia Plasma trá hình
Ở đó, không có gì giống như một lò phản ứng nhiệt hạch để tạo ra sự phấn khích. Sau chín năm xây dựng và 1 tỷ euro, các nhà khoa học tại Viện Vật lý Plasma Max Planck đã khởi động thử nghiệm nóng đầu tiên của thiết bị nhiệt hạch Wendelstein 7-X vào ngày 10 tháng 12 và tạo ra một plasma helium tồn tại trong một phần mười giây và đạt tới một triệu độ C. Nhưng don không được thổi phồng quá. Đây chỉ là một bước để chuẩn bị thiết bị cho mục đích thực sự của nó: nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân với khí hydro.
Được rồi, bây giờ bạn đã bơm.
Fusion từ lâu đã là con bê vàng của nghiên cứu năng lượng hạt nhân, cho thấy sự phân hạch hạt nhân ở tất cả các loại trừ tính khả thi. Fusion tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ - xét cho cùng, đó là quá trình tương tự cung cấp năng lượng cho mặt trời. Nhưng chính sức mạnh của nó làm cho nó trở thành một nỗi đau trong ass để đối phó. Mỗi lò phản ứng nhiệt hạch được xây dựng cho đến nay tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với nó tạo ra. Kỷ lục về năng lượng nhiệt hạch được thiết lập vào năm 1997: 16 megawatt được sản xuất với công suất đầu vào là 24 megawatt. Nhưng nếu ai đó xoay sở để biến phương trình đó thành xung quanh, bạn có thể nói năng lượng rẻ tiền, không có carbon không?
Không giống như người anh em kém tinh vi của nó, phản ứng tổng hợp không tạo ra chất thải phóng xạ. Chu trình cung cấp hydro ít có vấn đề hơn chu trình cung cấp uranium. Công bằng mà nói, các nguồn hydro phổ biến nhất hiện nay là than đá và khí tự nhiên, nhưng thay vào đó hydro có thể được sản xuất bằng phương pháp điện phân.
Phân hạch và hợp hạch là như nhau ở hai khía cạnh. Cả hai đều khai thác sự chuyển đổi các nguyên tử của một nguyên tố này sang nguyên tử của một nguyên tố khác và cả hai lần đầu tiên được sử dụng làm vũ khí. Fat Man và Little Boy, những quả bom phân hạch rơi xuống Hiroshima và Nagasaki năm 1945, đã nhường chỗ cho năm 1952 cho các thiết bị nhiệt hạch như Ivy Mike. (Mặc dù Ivy Mike không được chế tạo như một quả bom, nhưng nó nhanh chóng được theo sau bởi các đầu đạn nhiệt hạch, nhiều megatons có năng suất hoàn toàn có thể cung cấp bằng tên lửa liên lục địa.)
Bom nhiệt hạch được gọi là bom H vì một lý do: Sự giải phóng năng lượng chưa từng có đến từ sự hợp nhất của các nguyên tử hydro. Các nhà nghiên cứu Fusion tìm cách khai thác hiệu ứng này để tạo ra sức mạnh dân sự. Hóa ra đây là một thử thách. Phản ứng tổng hợp hydro ở bề mặt Trái đất sẽ yêu cầu nhiệt độ vượt quá một triệu độ C. Ở những nhiệt độ này, hydro và heli trở thành plasma, dạng vật chất thứ tư.
Nhưng cái quái gì là một plasma, dù sao?
Nói tóm lại, plasma là một loại khí ion hóa. Trong một plasma, tất cả các liên kết phân tử hòa tan và các electron rời khỏi nguyên tử chủ của chúng. Các plasma có tính dẫn điện cao vì chúng có mật độ hạt tải điện cao, tức là các electron và ion có thể tự do di chuyển độc lập với nhau khi phản ứng với điện trường.
Mặc dù tất cả điều này nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng plasma xuất hiện thường xuyên trong cuộc sống của chúng ta. Ánh sáng từ các tia sét và dấu hiệu neon đến từ các electron tái hợp với các ion và chìm xuống các trạng thái lượng tử thấp hơn, một quá trình được gọi là phát xạ tự phát. Một số ngọn lửa đủ nóng để ion hóa khí thải, và đèn khò plasma, màn hình plasma và máy hàn hồ quang đều sử dụng plasma.
Nhưng tất cả những thứ đó không có gì trên plasma trong lò phản ứng tổng hợp. Ở nhiệt độ một triệu độ C, các nguyên tử trong súp nhiệt hạch cực kỳ năng lượng. Nếu chúng không được chứa, chúng sẽ phản lực, làm hỏng bộ máy và không thể kết hợp với nhau. Nếu không ngăn chặn, bạn có thể không bao giờ đạt được một triệu độ ở nơi đầu tiên.
Ngăn chặn là các thách thức lớn trong nghiên cứu hợp hạch. Plasma phải được giữ trong một không gian hạn chế và không được chạm vào các bức tường của tàu nhiệt hạch. Không cần phải nói, tàu phải được giữ ở chân không cao. Wendelstein 7-X sử dụng 65 máy bơm chân không để giữ áp suất ở mức 0,000000001 millibars. (Đó là 0,0001 Pascals dành cho những người yêu thích SI.) Phương tiện thực tế duy nhất để giam cầm khí ion hóa ở nhiệt độ địa ngục là giữ nó trong từ trường. Và đây là nơi mọi thứ trở nên thực sự khó khăn.
Trong nhiều năm, thiết kế lò phản ứng nhiệt hạch phổ biến nhất là tokamak. Trong những năm trước khi các siêu máy tính chơi cờ, nghiền nát con người tại Jeopardy và gấp các protein, các nhà khoa học đã tìm ra những cách thông minh để tạo ra từ trường có hình dạng chính xác. Trong một tokamak, một dòng điện chạy qua các cặp plasma với nam châm điện bên ngoài để tạo ra từ trường cần thiết.
Không phải như vậy trong Wendelstein 7-X. Ở đây, trường ngăn chặn hoàn toàn đến từ nam châm điện siêu dẫn bên ngoài. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một siêu máy tính để tối ưu hóa hình dạng của các nam châm này và loại bỏ sự cần thiết của dòng plasma. Kiểu lò phản ứng nhiệt hạch này được gọi là stellarator.
Cho đến nay, không có ai xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ. Ngay cả Wendelstein 7-X, lò phản ứng kiểu sao lớn nhất trên thế giới, được chế tạo cho mục đích nghiên cứu, không tạo ra năng lượng. Nhưng nếu bạn muốn đầu tư hy vọng vào một dự án hợp nhất, thì Wendelstein 7-X là một nơi tốt để bắt đầu. Hãy chắc chắn rằng bạn cũng để mắt đến ITER, được đặt là tokamak lớn nhất thế giới.