למה מכון מקס פלנק רצה לבשל פלזמה בכור היתוך שלה

אין שום דבר כמו כור היתוך כדי ליצור התרגשות. לאחר תשע שנים של בנייה ו -1 מיליארד אירו, מדענים במכון מקס פלנק של פלסטיקה פלזמה פתחו את הבדיקה החמה הראשונה של מכשיר ההיתוך Vendelstein 7-X ב -10 בדצמבר, ויצרו פלזמה של הליום שנמשכה בעשירית השנייה והגיע למיליון מעלות צלזיוס. אבל לא מקבלים hyped מדי עדיין. זה היה רק ​​צעד לקראת הכנת המכשיר למטרה האמיתית שלו: ללמוד פיוז'ן גרעיני עם גז מימן.

אוקיי, עכשיו אתה נשאב.

היתוך מזה זמן רב היה עגל הזהב של מחקר האנרגיה הגרעינית, שמראה את הביקוע הגרעיני בכל הקטגוריות, למעט היתכנות. פיוז'ן מייצר כמות עצומה של אנרגיה - זה, אחרי הכל, אותו תהליך שמעצים את השמש. אבל עצם כוחו עושה את זה כאב בתחת להתמודד עם. כל כור היתוך שנבנה עד כה נצרך יותר חשמל ממה שהוא יצר. שיא כוח ההיתוך נקבע ב -1997: 16 מגה-ואט שיוצרו עם הספק קלט של 24 מגה-וואט. אבל אם מישהו מצליח להפוך את המשוואה סביב … אתה יכול להגיד זול, פחמן ללא אנרגיה?

שלא כמו בת דודה פחות מתוחכם שלה, היתוך מייצרת פסולת רדיואקטיבית. מחזור אספקת המימן הוא בעייתי פחות מאשר מחזור אספקת האורניום. כדי להיות הוגנים, המקורות הנפוצים ביותר של מימן כיום הם פחם וגז טבעי, אבל מימן יכול להיות מופק על ידי אלקטרוליזה.

הביקוע והאיחוי דומים בשני מובנים. שניהם מנצלים המרה של אטומים של אלמנט אחד לאטומים של אלמנט אחר, ושניהם שימשו לראשונה כנשק. איש השמן והילד הקטן, פצצות הביקוע נפלו על הירושימה ונגסקי בשנת 1945, פינו את מקומן ב- 1952 למכשירי היתוך כמו אייבי מייק. (אף-על-פי שאייבי מייק לא נבנתה כפצצה, מיד לאחר מכן נפוצו ראשי נפץ תרמו-גרעיניים רבים ממגאטונים שיוצרו על ידי טילים בין-ארציים).

פצצת ההיתוך היתה ידועה כ"פצצת חבלה" מסיבה: שחרור חסר תקדים של אנרגיה בא מתוך מיזוג של אטומי מימן. חוקרי פיוז'ן מבקשים לרתום את האפקט הזה לייצור חשמל אזרחי. מסתבר שזה אתגר. מימן היתוך על פני כדור הארץ ידרוש טמפרטורות של מעל מיליון מעלות צלזיוס. בטמפרטורות אלה, המימן וההליום הופכים לפלסמה, הצורה הרביעית של החומר.

אבל מה לעזאזל פלזמה, בכל זאת?

בקיצור, פלזמה היא גז מיונן. בפלזמה, כל הקשרים המולקולריים מתמוססים ואלקטרונים עוזבים את האטומים שלהם. Plasmas הם מוליכים מאוד, כי יש להם צפיפות הספק גבוהה, כלומר האלקטרונים היונים חופשיים לנוע עצמאית של אחד בתגובה לשדה חשמלי.

למרות כל זה נשמע אקזוטי, פלזמות לעשות הופעות קבוע בחיינו. האור מברגי הברק ושלטי הניאון מגיע מאלקטרונים המרכיבים את היונים ושוקעים למצבים קוונטיים נמוכים יותר, תהליך המכונה פליטה ספונטנית. כמה להבות הם חמים מספיק כדי ליינן גז פליטה, ו לפידים פלזמה, מסכי פלזמה ו רתכים קשת כל לנצל פלזמות.

אבל לכל אלה אין שום דבר על הפלסמה בכור היתוך. במיליון מעלות צלזיוס, האטומים במרק היתוך הם אנרגטיים ביותר. אם הם לא יהיו כלואים, הם יזרקו, יפגעו במנגנון, ולא יתמזגו זה בזה. ללא הכלה, אתה בטח לא להגיע למיליון מעלות מלכתחילה.

מכולה היא ה האתגר העיקרי במחקר היתוך. פלזמה חייב להישמר בחלל סגור ולא אסור לגעת בקירות של כלי היתוך. למותר לציין, הספינה יש לשמור על ואקום גבוה. Wendelstein 7-X משתמש 65 משאבות ואקום להחזיק את הלחץ ב 0.000000001 מיליבר. (זה 0.000001 Pascals לך אוהבי SI). האמצעים הריאליסטיים היחידים שבאמצעותם ניתן להגביל גז מיונן בטמפרטורות הגיהינום הוא להחזיק אותו בשדה מגנטי. וזה המקום שבו הדברים מקבלים באמת מסובך.

במשך שנים, העיצוב הכי פופולרי היתוך היתוך היה tokamak. בשנים שחלפו לפני שמחשבים העל שיחקו שחמט, בני אדם שהוכנסו לג'ופארדי וחלבונים מקופלים, מדענים הגיעו בדרכים חכמות כדי לייצר את השדה המגנטי בצורתם הנכונה. ב tokamak, זרם חשמלי פועל דרך זוגות פלזמה עם אלקטרומגנטים חיצוניים כדי ליצור את השדה המגנטי הדרוש.

לא כך בונדלשטיין 7-X. כאן, שדה ההכלה מגיע כולו אלקטרומגנטים מוליך חיצוני. צוות המחקר השתמש במחשב העל כדי לייעל את הצורה של מגנטים אלה ולמנוע את הצורך של זרם פלזמה. סגנון זה של כור היתוך נקרא stellarator.

עד כה, אף אחד לא בנה כור היתוך שיוצר יותר אנרגיה ממה שהוא צורך. אפילו Wendelstein 7-X, הכור הגדול מסוג stellarator בעולם, נבנה למטרות מחקר, לא כדי לייצר אנרגיה. אבל אם אתה רוצה להשקיע את תקוותיך בפרויקט היתוך, Wendelstein 7-X הוא מקום טוב להתחיל בו. הקפד לשים עין על ITER, גם, מוגדר להיות tokamak הגדול בעולם.