Kiedy fuzja jądrowa wyeliminuje ropę i gaz z rynku.

Ten okres bożonarodzeniowy to czas podziękowań i nadziei za dokonanie skoków w nauce:

Po pierwsze, Prince William, który ufundował nagrodę Earthshots, ogłosił nagrody w Bostonie w 2022 roku. Jedna kategoria została nazwana Ożyw nasze oceany. Zwycięzcą została grupa tzw Rdzenne kobiety Wielkiej Rafy Koralowej. Rafa została zaatakowana, a zwycięzcy są zaangażowani w jej obronę. Działają na rzecz ochrony plaż i żółwi oraz zachowania trawy morskiej, która wychwytuje dziesięć razy więcej CO2 niż lasy amazońskie. Walczą ze starożytną wiedzą tubylców i używają nowoczesnych narzędzi, takich jak drony, do monitorowania zmian rafy koralowej oraz pożarów buszu w głębi lądu.

Po drugie, od 20 lat Departament Energii Stanów Zjednoczonych finansuje koncepcję i rozwój małego modułowego reaktora jądrowego (SMR) zwanego NuScale Power Module. Bezpieczniejsze, tańsze, skalowalne i bezemisyjne to zalety. Jest to jedyny SMR, który otrzymał zatwierdzenie projektu od Komisji Dozoru Jądrowego (NRC). Moduł ma mniej niż 100 stóp wysokości i jest cylindrem o szerokości 15 stóp, który znajduje się w kąpieli wodnej poniżej poziomu gruntu. Może wytworzyć 77 megawatów energii elektrycznej, która może zasilić 60,000 2029 domów. Celem jest rozpoczęcie działalności w Idaho do XNUMX roku.

Po trzecie, placówka medyczna ma przełom w leczeniu niektórych nowotworów. Metoda polega na usuwaniu komórek T, które są częścią układu odpornościowego zwalczającego raka, z organizmu w celu ich genetycznej modyfikacji za pomocą techniki CRISPR, a następnie wstrzykiwaniu ich z powrotem do organizmu jako „żywego leku”. Za pomocą CRISPR komórki T można precyzyjnie dostroić i uczynić bardziej śmiercionośnymi w ataku na określone komórki rakowe.

Te „gotowe” komórki T można szybko wytwarzać w dużych ilościach za pomocą CRISPR, zamiast czekać tygodnie lub miesiące wcześniej. 12 grudnia 2022 r. dr McGuirk z University of Kansas ogłosił wyniki badań, które były zaskakująco dobre i otworzyły nowe drzwi do leczenia nowotworów: guzy zmniejszyły się u 67% z 32 pacjentów z rakiem chłoniaka. Całkowitą remisję osiągnięto u 40% pacjentów. Istnieje wielki entuzjazm dla potencjału tej techniki w leczeniu wielu innych nowotworów.

Czwarty to przełom w syntezie jądrowej, który jest dość oszałamiający.

Przełom w syntezie jądrowej.

W ostatnim stuleciu, największym stuleciu fizyki, jednym z odkryć było rozszczepienie jądrowe. Kiedy ciężki atom, taki jak pluton, rozpada się, niewielka ilość masy jest tracona i pojawia się ponownie jako ogromna ilość energii — ponieważ E = mc^2, gdzie c to prędkość światła i bardzo duża liczba.

Pod groźbą, że Niemcy opracują bombę reakcji łańcuchowej opartą na tej reakcji, rząd Stanów Zjednoczonych przeznaczył ogromne fundusze na budowę bomby rozszczepialnej w Los Alamos w Nowym Meksyku, niedaleko mojego miejsca zamieszkania. Został przetestowany na pustyni White Sands na południe od Albuquerque i ostatecznie wykorzystany do zakończenia wojny z Japonią.

Komercyjne zastosowanie szybko doprowadziło do powstania reaktorów jądrowych wielkości siatki w różnych krajach. Niektóre z nich odniosły sukces – Francja otrzymuje 70% swojej energii elektrycznej z 56 reaktorów jądrowych, podczas gdy Stany Zjednoczone pozyskują około 20% swojej energii z 93 reaktorów jądrowych.

Ale sukces jest niełatwy, gdy zdarzają się straszne wypadki, takie jak Czarnobyl w Rosji w 1986 r. i Fukushima w Japonii w 2011 r., a także wszechobecne obawy dotyczące składowania odpadów nuklearnych w USA.

Siostrzana reakcja jądrowa ma miejsce, gdy dwa jądra wodoru są zmuszone do połączenia się w hel przez pokonanie sił odpychania i ponownie uwalniana jest ogromna ilość energii. To było podstawą amerykańskich testów bomb wodorowych na południowym Pacyfiku ( atol Bikini ) w latach pięćdziesiątych XX wieku przed traktatem o zakazie prób z 1950 r.

Od tego czasu przez dziesięciolecia poszukiwano komercyjnego zastosowania syntezy jądrowej. Na przykład jedno przedsięwzięcie ma siedzibę w Sandia National Laboratories w Albuquerque, gdzie gorąca, naładowana plazma jest ograniczona polami elektrycznymi. Pomysł polegał na zamknięciu, skompresowaniu i podgrzaniu plazmy (energia wejściowa) do momentu połączenia się jąder wodoru (energia wyjściowa). Ale energia wejściowa była zawsze większa niż energia wyjściowa.

Inne komercyjne zastosowanie miało miejsce w Lawrence Livermore Laboratory w rejonie Zatoki San Francisco w Kalifornii. Tutaj Użyto 192 laserów ograniczyć, skompresować i ogrzać plazmę, wysadzając w powietrze pastylkę mieszanych izotopów wodoru o wartości 1 miliona dolarów. Wyniki były zawsze takie same – aż do teraz. Ogłoszony w tygodniu kończącym się 16 grudnia 2022 r., po raz pierwszy brak energii (3.1 megadżuli) był większy niż pobór energii (2.1 megadżuli). To prawdziwy przełom. Osiągnięta temperatura wyniosła 3 miliony stopni C.

Patrząc na to z perspektywy.

Po pierwsze, porównanie energii dostarczanej z energią wyjściową jest zbyt proste, ponieważ zasilanie laserów wymaga znacznie większej energii: 400 megadżuli. Patrz punkt odniesienia 1.

Po drugie, historia sukcesu dotyczyła tylko jednego zdarzenia – jednego zapłonu termojądrowego. Bycie prawie praktycznym wymagałoby wielu, wielu fuzji na minutę i wymagałoby lasera, który jest tysiące razy mocniejszy. Dodatkowo koszt musiałby być milion razy tańszy (Ref 1). Jednym słowem, ten jeden sukces, choć inspirujący, nie jest nawet bliski wyobrażenia sobie praktycznego zastosowania.

Więc to nie jest tanie i niepraktyczne, ale wytwarza energię o wysokiej intensywności i nie zawiera węgla.

Energia rozszczepienia jądrowego jest milion razy silniejszy niż jakiekolwiek inne źródło energii na Ziemi. I to jest ważny powód, dla którego poczyniono inwestycje w krajach takich jak Francja i USA, aby zbudować dziesiątki elektrowni jądrowych.

Fuzja jądrowa wytwarza 3-4 razy więcej energii niż rozszczepienie jądrowe. To jedna część snu. Inną częścią marzenia o fuzji jest to, że nie ma odpadów nuklearnych do utylizacji – odpadów, których rozkład może zająć setki lub tysiące lat. Trzecią częścią jest to, że fuzja nie jest reakcją łańcuchową, więc niebezpieczeństwo niekontrolowanych reakcji jądrowych i eksplozji nie istnieje.

Ponieważ wytwarzanie energii elektrycznej jest odpowiedzialne za około jedną trzecią globalnych emisji gazów cieplarnianych, ostatnią częścią snu są elektrownie syntezy jądrowej rozmieszczone w całym kraju, aby dostarczać bezemisyjną energię elektryczną o wysokiej intensywności.

Ale pamiętaj, to tylko sen. Pomimo swoich zalet bezemisyjna synteza jądrowa nie doprowadzi do upadku przemysłu naftowego i gazowego do 2050 r., a może nawet nie do 2100 r.

Na wynos.

Ludzkość zreplikowała słoneczne źródło światła i ciepła. W temperaturze około 15 milionów stopni C gazowe wnętrze Słońca jest sprężane pod ogromnym ciśnieniem – łyżeczka do herbaty waży 750 g lub 1.65 funta. Aby odtworzyć wewnętrzne warunki Słońca w laboratorium i osiągnąć próg rentowności (wydatek energii większy niż przypływ energii ) to imponujący wyczyn.

Ale fuzja jądrowa nie jest nawet bliska wyobrażenia sobie zastosowania komercyjnego.

Dlaczego więc wydajemy duże pieniądze na jego badanie? Bo tak robią kraje rozwinięte. Budują teleskopy, takie jak James Webb, i instalują je na satelitach, aby badać wszechświat. Budują rakiety, aby wysłać mężczyzn i kobiety na Księżyc. Budują magnetyczne tory wyścigowe, aby przyspieszyć protony do prędkości światła, zanim się zderzą i ujawnią we fragmentach nieuchwytne cząstki subatomowe, takie jak bozon Higgsa.

Polityka odgrywa dużą rolę w podejmowaniu decyzji o dystrybucji wsparcia rządowego i funduszy na naukę. Na szczęście, jak wspomniano powyżej, istnieje wiele przykładów krajów wykorzystujących naukę do rozwiązywania palących problemów, z których bezpośrednio korzysta ludzkość.

Odnośnik 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 grudnia 2022 r.