Die konstruksie van die BESTE gasheer vir China se kernfusietoestel het omvattend begin
Op 1 Oktober is 'n belangrike deurbraak gemaak in die konstruksie van China se kernfusietoestel BEST.
Die basis wat meer as 400 ton weeg, is suksesvol geïnstalleer en sal gebruik word om die BESTE gasheer met 'n totale gewig van ongeveer 6700 ton te dra, wat die omvattende begin van konstruksie vir hierdie groot land se gasheer vir swaar masjinerie aandui.
In die toekoms sal hierdie toestel die eerste internasionaal bekragtigde demonstrasie van kernfusiekragopwekking wees, en sal na verwagting die eerste lig deur kernfusie teen 2030 verlig.
Kernfusie: Die uiteindelike wagwoord vir die ondersoek van kosmiese energie
Van die raaisel van die aanhoudende brand van die son vir 4,6 miljard jaar tot die mensdom se uiteindelike strewe na “onuitputlike” skoon energie, was kernfusie nog altyd een van die skitterendste navorsingsrigtings op die gebied van wetenskap. Dit is nie net die kerndryfkrag vir sterre om lig en hitte in die heelal uit te straal nie, maar ook 'n voorpunttegnologie wat die potensiaal het om die menslike energielandskap heeltemal te verander.
Eenvoudig gestel, kernfusie verwys na die proses van ligter atoomkerne (soos waterstofisotope deuterium en tritium) wat elektrostatiese afstoting (Coulomb-afstoting) tussen kerne teen uiters hoë temperature en druk oorkom, bots en saamsmelt tot swaarder atoomkerne (soos helium wat reuse-energie bevat), terwyl groot hoeveelhede energie ontbind word. Hierdie proses volg Einstein se massa-energievergelyking "E=mc ²" - die totale massa van die saamgesmelte nuwe kern is effens minder as die som van die massas van die twee kerne voor samesmelting, en die verminderde massa (massaverlies) sal vrygestel word in die vorm van energie, met 'n energiedigtheid wat verreweg enige energie wat tans deur die mens gebruik word, oorskry.
Om die energie-intensiteit van kernfusie te verstaan, is slegs een stel datavergelyking nodig: die energie wat vrygestel word deur 'n samesmeltingsreaksie van 1 kilogram deuteriumtritiummengsel is gelykstaande aan die hitte wat gegenereer word deur die verbranding van 27000 ton standaardsteenkool of die energie wat deur die volledige verbranding van 120 ton petrol gegenereer word; Die energie wat vrygestel word deur kernsplytingsbrandstof van dieselfde gehalte (soos uraan-235) is egter net sowat 1/4 van dié wat deur kernfusie vrygestel word. Belangriker nog, die brandstofbronne vir kernfusie is byna oneindig – deuterium is wyd in die seewater op Aarde teenwoordig, en elke liter seewater bevat deuterium wat energie gelykstaande aan 300 liter petrol deur samesmelting kan vrystel. Die deuterium wat wêreldwyd in seewater voorkom, kan vir meer as 'n miljoen jaar in die energiebehoeftes van die mensdom voorsien; Alhoewel tritium uiters skaars van aard is, kan dit kunsmatig berei word deur litium ('n element wat volop is in die aardkors) met neutrone te laat reageer, en daar is geen "brandstoftekort"-probleem.
Om beheerbare kernfusie te bewerkstellig is egter nie ’n maklike taak nie, en die kernuitdaging daarvan lê in “hoe om uiterste toestande vir kernfusie te skep en in stand te hou”. Binne-in die Son skep gravitasie-ineenstorting 'n hoë temperatuur van 15 miljoen grade Celsius en 'n hoë druk van 250 miljard atmosfeer, wat natuurlik voldoen aan die "ontstekingstoestande" vir kernfusie; Maar op Aarde kan mense nie sulke sterk swaartekrag herhaal nie en kan slegs uiterste omgewings deur tegnologiese middele simuleer. Tans is daar twee hoofstroomnavorsingsrigtings:
Een tipe is magnetiese opsluiting samesmelting, verteenwoordig deur die Internasionale Termonukleêre Eksperimentele Reaktor (ITER), algemeen bekend as die "kunsmatige son". Dit gebruik 'n supersterk magnetiese veld (ongeveer 100 000 keer sterker as die Aarde se magneetveld) om plasma (die vierde toestand van materie waar atoomkerne en elektrone geskei word) te beperk met 'n temperatuur van tot 150 miljoen grade Celsius in 'n sirkelvormige vakuumkamer (tokamak-toestel), wat die hoë-{{3}-toerusting vermy en die plasma-muur voortdurend in aanraking bring, die plasma om te voldoen aan die voorwaardes wat vereis word vir samesmeltingsreaksies. In 2023 het China se "Artificial Sun"-toestel (OOS) 'n deurlopende werking van plasma by 120 miljoen grade Celsius vir 403 sekondes behaal, wat 'n wêreldrekord opgestel het en die grondslag gelê het vir daaropvolgende eksperimente van ITER.
Nog 'n tipe is Traagheidsbeperkingsamesmelting, verteenwoordig deur die National Ignition Facility (NIF) van die Verenigde State. Dit fokus 192 hoë-energielasers op 'n deuterium-tritium-teiken met 'n deursnee van slegs 'n paar millimeter, verhit die teiken tot 30 miljoen grade Celsius en druk dit saam tot 100 keer die digtheid van die Aarde se kern in 'n baie kort tydperk (ongeveer 10 triljoenstes van die plasma in 'n sekonde gebruik in 'n sekonde). wanneer diffusie nie moontlik is nie. In Desember 2022 het NIF vir die eerste keer "netto energietoename" behaal - die energie vrygestel deur samesmeltingsreaksies het die energie van die insetlaser oorskry, wat 'n groot deurbraak in die traagheidsbeperkingsroete merk.
Benewens hoë energiedigtheid en oorvloedige brandstof, het kernfusie ook uiterste veiligheid en omgewingsvriendelikheid. Anders as kernsplyting, sal kernfusie-reaksies onmiddellik beëindig word sodra uiterste toestande verlore gaan (soos magnetiese veldonderbreking of laserstop), en daar is geen risiko van "kernsmelting" nie; Die hoofreaksieproduk is helium ('n nie-giftige en onskadelike inerte gas), wat nie langtermyn--radioaktiewe afval soos kernsplyting produseer nie en byna geen besoedeling van die omgewing het nie.
Alhoewel die mens nog nie kommersiële kernfusiekragopwekking bereik het nie (wat na verwagting 30-50 jaar van tegnologiese deurbrake sal verg), stoot elke stap van vordering in kernfusie, van natuurlike samesmelting van die son tot geleidelike deurbrake in die laboratorium, die mensdom nader aan die doelwit van "energievryheid". In die toekoms, wanneer kernfusiekragsentrales oor die hele wêreld versprei word, sal die mensdom heeltemal losbreek van afhanklikheid van fossielbrandstowwe, globale probleme soos klimaatsverandering en energietekorte oplos en ’n nuwe era inlui wat op skoon en onbeperkte energie gebaseer is.
