• Monday July 15,2019

Tech Masa Depan

Anonim



Mengandungi jisim plasma hidrogen dalam bentuk apel cair mungkin menjadi kunci untuk mewujudkan reaktor peleburan nuklear yang berdaya maju.
Gambar dari Jabatan Tenaga, Pejabat Sains Tenaga Fusion
Sekali-sekala, sebuah sinaran kecil menyala di dalam Makmal Fizik Plasma Princeton, sebuah kampus kecil bangunan putih tanpa nama tiga batu di timur laut Universiti Princeton di New Jersey. Dalam gegelungan dawai dan gegelung tembaga merah, bola plasma-gas nuklei hidrogen dan elektron yang dikenakan gas-sehingga 70 juta darjah Fahrenheit. Plasma blazes supernova cerah, kemudian langsung pergi hitam. Walaupun seluruh episod berlangsung kurang dari 500 milisaat, ahli fizikal Masayuki Ono kelihatan gembira. "Untuk plasma yang 'pada masa yang lama; zarah banyak dilakukan dalam seratus milidetik, " katanya.
Sebagai pengarah projek Eksperimen Spherical Torus Nasional, Ono berada dalam perniagaan optimis. Dia mencari cara praktikal untuk memanfaatkan gabungan nuklear, proses yang menyebabkan bintang terbakar. Jika dia berjaya, kebimbangan tenaga kita sudah berakhir. Reaksi fusi sangat kuat dan menghasilkan hampir tiada pencemaran. Bahan api untuk reaktor fusi adalah hidrogen, yang boleh diekstrak daripada secawan air laut biasa. Terdapat satu tangkapan yang besar: Walaupun usaha selama 50 tahun untuk membuat fusi secara komersial berdaya maju, tiada siapa yang dapat memulakan reaksi, meneruskannya, dan menyimpannya. Namun sekarang, sama seperti Amerika Syarikat mengutip alternatif untuk minyak yang diimport, Ono dan penyelidik fusion lain menegaskan bahawa mereka semakin dekat dengan kejayaan.
Pakar fizik di seluruh dunia sebahagian besar bersetuju tentang bagaimana untuk memanfaatkan kuasa gabungan. Perangkap plasma hidrogen dalam medan magnet-kebanyakan percubaan gabungan menggunakan botol magnet berbentuk donat yang disebut tokamak. Mengemudi suhu sehingga 180 juta darjah Fahrenheit. Kemudian duduk dan biarkan alam semula jadi. Di bawah keadaan tersebut, nukleus hidrogen melanda antara satu sama lain dengan kekuatan yang banyak sehingga kadang-kadang mereka bersatu dan berserakan ke dalam helium, melepaskan tenaga yang besar dalam bentuk neutron yang bergerak pantas.
Seluruh titik perpaduan adalah untuk mendapatkan lebih banyak tenaga daripada yang anda masukkan, tetapi tiada siapa berjaya melakukannya. Pada tahun 1994, Reaktor Ujian Tokamak Fusion Test-saiz $ 300 juta makmal Princeton Plasma menghasilkan rekod 10.7 juta watt kuasa, namun ia beroperasi pada kerugian. Reaktor Torus Bersama Eropah berhampiran Oxford, England, telah melakukan lebih baik tetapi masih belum lulus titik pemecah sihir. "Kami telah menghidupkan teori menjadi kenyataan tetapi pada defisit tenaga dan hanya beberapa saat sahaja. Kita perlu melakukannya 24/7 jika kita akan membuat elektrik murah, " kata Rob Goldston, pengarah makmal Princeton.
Tujuh belas tahun yang lalu, ahli fizik Princeton, Martin Peng memikirkan masalah-masalah ini dan menegaskan bahawa botol magnet dalam bentuk torus sfera, menyerupai epal yang dipotong, boleh menghasilkan output kuasa yang sama dengan menggunakan tenaga kurang daripada tokamak. Reaktor berbentuk epal akan memerlukan magnet yang lebih kecil yang kosnya kurang untuk dibina. Yang paling penting, torus dapat memastikan plasma dalam konfigurasi yang lebih ketat, menjadikannya lebih mudah dicapai.
Visi Peng mengambil bentuk sebagai $ 25 juta National Spherical Torus Experiment, atau NSTX, yang mula beroperasi pada tahun 1999. Mesin ini mempunyai 12 magnet panjang yang melengkung yang berjalan di atas ke bawah di sekeliling luar dan pelbagai magnet silinder melalui inti. Magnet mengurungkan plasma hidrogen semasa ledakan gelombang mikro memanas zarah hingga berjuta-juta derajat. Ruang reaksi dipenuhi dengan 2, 700 jubin grafit dan pelbagai sensor yang mengukur ketumpatan dan suhu plasma. Ujian semasa berjalan dengan reaktor tidak cukup panas untuk mencapai sejumlah besar peleburan, tetapi mereka mendedahkan banyak tentang tingkah laku plasma dalam torus sfera.
Setakat ini berita baik. NSTX dua kali lebih cekap seperti reaktor awal, mencapai nilai beta-nisbah tekanan plasma kepada tekanan medan magnet yang dijana oleh mesin-25 peratus. "Kami semakin bangga untuk mendapatkan wang itu, " kata Peng. Selain itu, botol magnetik sfera mempunyai manfaat yang tidak dijangka: Di bawah keadaan tertentu, keupayaan sistem untuk mengandungi tenaga bertambah dengan peningkatan tekanan plasma. Dengan tokamak konvensional ia biasanya terbalik. "Plasma mempunyai sifat penyembuhan diri yang berfungsi melawan ketidakstabilan, " kata Ono.


Dalam reaktor fusion prototaip di Princeton, magnet merah memegang plasma di tempat sementara ketuhar memanaskannya hingga berjuta-juta darjah.
Gambar ihsan dari Princeton Plasma Physics Laboratory
Mesin pelengkap di England, $ 15 juta Mega Amp Spherical Tokamak, atau MAST, menyediakan sokongan tambahan untuk reka bentuk sfera. Alan Sykes dari United Kingdom Atomic Energy Authority, yang menguruskan projek itu, pada asalnya diilhamkan oleh salah satu ceramah Peng pada pertengahan 1980-an. Sykes mendapat keputusan yang menggalakkan daripada prototaip kecil yang dibina daripada alat ganti dari mesin fusion lain. "Sekarang MAST adalah di mana kita memilah butiran, " katanya. Matlamat utama adalah untuk mengurangkan saiz tiang magnet di pusat torus untuk mengurangkan saiz reaktor, yang akan mengurangkan kos pembinaan dengan ketara.
Walaupun kumpulan British dan Amerika berfikir lebih kecil dan lebih murah, satu kolaborasi gabungan antarabangsa akan berjalan dengan cara yang lain. Reaktor Eksperimental Theronuklear Antarabangsa yang dirancang boleh menjadi mesin pertama untuk menghasilkan sejumlah besar kuasa gabungan yang lebih besar-jika dibina. Tag harga reaktor mengejutkan, yang dianggarkan $ 6 bilion, menyebabkan Amerika Syarikat mundur daripada projek beberapa tahun yang lalu. Walaupun bahan api itu bebas, sebuah loji tenaga bernilai $ 6 bilion tidak akan menjadi usaha komersial yang berdaya maju. MAST dan NSTX menunjuk kepada pendekatan yang kurang mahal, tetapi tidak ada yang hampir memecahkan walaupun, lebih kurang menghasilkan lebihan yang boleh digunakan.
Christopher Flavin, presiden Worldwatch Institute di Washington, DC, menanyakan sama ada gabungan akan melangkau sejarahnya sebagai rasa ingin tahu yang mahal. "Umur bahan bakar selepas fosil akan ditakrifkan sebelum perpaduan berlaku, " katanya. Fusion adalah perniagaan terpusat, yang bermaksud bahawa kerajaan adalah satu-satunya yang membelanjakan wang di atasnya. Flavin melihat dunia menuju ke arah tenaga terpencil, yang boleh diperbaharui seperti solar, angin, biojisim, dan sel bahan bakar. Tenaga boleh diperbaharui kini memberikan 8 peratus daripada jumlah tenaga di Amerika Syarikat, tetapi Flavin berpendapat mereka boleh mendaki hingga 50 peratus pada pertengahan abad ini, meninggalkan sedikit tempat untuk perpaduan: "Saya tidak akan memerintahnya, tetapi ia salah satu daripada tembakan lagi yang ada. "
Setakat ini, kerajaan persekutuan berdiri pada pertaruhannya. Jabatan Tenaga membelanjakan $ 250 juta setahun untuk kajian fusi. Sebahagian besar, kira-kira $ 70 juta, pergi ke Princeton. Pada bulan Mei dasar tenaga negara Presiden Bush mengesahkan pembangunan tenaga gabungan sebagai sumber kuasa untuk generasi akan datang. Dan Rob Goldston masih mempunyai bintang di matanya. Walaupun dia tidak menjangkakan reaktor fusi komersil sehingga tahun 2050, dia fikir ia baik-baik saja. Dia sedang bersedia untuk masa yang akan datang ke masa depan, apabila bahan api fosil hilang atau tidak dapat diterima lagi kerana pemanasan global, dan pembaharuan sahaja tidak dapat menyediakan jus yang mencukupi.
"Menjelang 2100, reaktor boleh membekalkan kira-kira separuh daripada elektrik Amerika, " kata Goldston. "Ini adalah isu jangka panjang. "


Makmal Fisika Plasma Princeton mengekalkan laman web yang luas yang mengandungi sumber-sumber umum dan maklumat mengenai percubaan lab (www.pppl.gov), bersama dengan laman web yang berorientasikan pendidikan (fusedweb.pppl.gov).
Pihak Berkuasa Tenaga Atom United Kingdom (www.fusion.org.uk) menyediakan maklumat pelengkap dan perspektif British mengenai penyelidikan gabungan.


Artikel Yang Menarik

Ia Mudah Tidak Berterasan Apabila Anda Memiliki Shell yang Baik

Ia Mudah Tidak Berterasan Apabila Anda Memiliki Shell yang Baik

Aesop tidak pernah menulis cerita mengenai siput. Sekiranya dia menulis tentang moluska air tawar tertentu, moral mungkin Boldness berasal dari cangkang yang kuat atau mungkin Siput ceroboh mendapat chomped. Tetapi kerana siput dan shell berubah-ubah adalah nyata, pelajaran mereka lebih berkaitan dengan cara-cara evolusi yang pelik

Tadpoles Dapatkan Piggyback Rides untuk Melarikan diri dari Kapten Cannibal

Tadpoles Dapatkan Piggyback Rides untuk Melarikan diri dari Kapten Cannibal

Berenang di kolam kanibal selepas ditinggalkan oleh orang tua adalah keadaan yang sangat suram. Tetapi berudu yang mendapati dirinya di sini tidak menanti nasibnya. Sebaliknya, ia cuba untuk melompat ke belakang mana-mana katak yang melawat dan menaiki perjalanan ke keselamatan. Walaupun katak tidak berminat untuk menyelamatkan, tadpole bersedia untuk menyelamatkan dirinya sendiri

Skimmer ATM cetak 3D yang canggih, kelihatan di LA

Skimmer ATM cetak 3D yang canggih, kelihatan di LA

Kami sering menulis mengenai perkara-perkara yang menakjubkan, menawan, dan tidak masuk akal yang membolehkan pencetak 3D dapat: lihat kerang kepiting hermit yang hebat, pesawat ruang angkasa yang dibuat daripada kerang dan keju tulen, "Segitiga Penrose" yang dibajak "bajakan". Tetapi mesin yang boleh membuat apa-apa objek fizikal dengan menggunakan hanya serbuk resin juga boleh beralih kepada hujung yang lebih jahat

Lebih banyak tanda-tanda kekacauan di Ruapehu di New Zealand

Lebih banyak tanda-tanda kekacauan di Ruapehu di New Zealand

Semalam saya menyebutkan Lapangan Vulkanik Auckland - gugusan gunung berapi di bawah bandar terbesar di New Zealand. Walaupun Auckland Volcanic Field adalah wilayah untuk memantau aktiviti, tidaklah dengan tembakan panjang, wilayah gunung berapi paling aktif di Pulau Utara. Baru-baru ini, mantel itu akan menjadi milik Ruapehu, di ujung selatan Zon Vulkan Taupo

DARPA Kehilangan Hubungi dengan Mach 20  "Hypersonic Glider " Semasa Penerbangan Ujian

DARPA Kehilangan Hubungi dengan Mach 20 "Hypersonic Glider " Semasa Penerbangan Ujian

Ia adalah minggu yang besar untuk pesawat ketenteraan eksperimen, dengan kapal angkasa X-37B pesawat rahsia Tentera Udara dan tentera bio bertenaga "Green Hornet" Tentera Laut kedua-duanya mencapai penerbangan ujian yang berjaya. Tetapi yang paling bercita-cita tinggi - peluncur hipersonik HTV-2 di bawah pembangunan oleh Agensi Projek Penyelidikan Advanced Defense (DARPA) -menghubung dengan pengendalinya semasa ia dijalankan

Daging: di mana fisiologi memenuhi rasa

Daging: di mana fisiologi memenuhi rasa

Lembaga charcuterie adalah iringan yang sempurna untuk mana-mana pengumpulan dan saingan plat keju sebagai orang ramai. Ia penyelenggaraan yang rendah, lazat, dan hampir pasti akan mempunyai rasa atau tekstur untuk merayu kepada selera yang terpilih. Daging datang dalam pelbagai tekstur, kandungan lemak, dan perisa, yang berbeza spesies untuk spesies dan juga dalam haiwan yang sama