Kailan Aalisin ng Nuclear Fusion ang Langis at Gas sa Negosyo.

Ang panahon ng Pasko na ito ay panahon ng pasasalamat at pag-asa para sa kahanga-hangang mga hakbang sa agham na ginagawa:

Una, Prince William, na nagtatag ng Earthshots Prize, nag-anunsyo ng mga parangal sa Boston noong 2022. Isang kategorya ang tinawag Buhayin ang Ating Karagatan. Ang nagwagi ay isang grupo na tinawag Mga Katutubong Babae ng Great Barrier Reef. Ang Reef ay inatake, at ang mga nanalo ay nakatuon sa pagtatanggol nito. Nagtatrabaho sila upang protektahan ang mga beach at pagong at mapanatili ang seagrass na kumukuha ng sampung beses na mas maraming CO2 kaysa sa kagubatan ng Amazon. Nakikipaglaban sila sa sinaunang kaalaman ng mga katutubo at gumagamit ng mga modernong kasangkapan tulad ng mga drone upang subaybayan ang mga pagbabago ng reef sa coral pati na rin ang mga sunog sa loob ng lupain.

Pangalawa, sa loob ng 20 taon pinondohan ng Kagawaran ng Enerhiya ng US ang konsepto at pagbuo ng isang Small Modular Nuclear Reactor (SMR) na tinatawag na NuScale Power Module. Ang mas ligtas, mas mura, nasusukat, at walang carbon ang mga pakinabang. Ito ang tanging SMR na nakatanggap ng pag-apruba sa disenyo mula sa Nuclear Regulatory Commission (NRC). Mas mababa sa 100 talampakan ang taas, ang module ay isang 15 talampakan ang lapad na silindro na nakaupo sa isang paliguan ng tubig sa ibaba ng antas ng lupa. Makakagawa ito ng 77 MegaWatts ng kuryente na kayang magpaandar ng 60,000 tahanan. Ang layunin ay upang maging up at tumakbo sa Idaho sa pamamagitan ng 2029.

Pangatlo, ang institusyong medikal ay may a pambihirang tagumpay sa paggamot sa ilang mga kanser. Ang pamamaraan ay naglalabas ng mga T-cell, na bahagi ng immune system na lumalaban sa kanser, sa labas ng katawan upang genetically modify ang mga ito, gamit ang CRISPR technique, at pagkatapos ay muling ipasok ang mga ito pabalik sa katawan bilang isang "buhay na gamot". Gamit ang CRISPR, ang mga T-cell ay maaaring maayos na maibagay at gawing mas nakamamatay sa kanilang pag-atake sa partikular na mga selula ng kanser.

Ang mga "off-the-shelf" na T-cell na ito ay maaaring gawin sa malalaking halaga nang mabilis gamit ang CRISPR, sa halip na maghintay ng mga linggo o buwan bago. Noong Disyembre 12, 2022, inihayag ni Dr McGuirk mula sa Unibersidad ng Kansas, ang mga resulta ng pagsubok na nakakagulat na mabuti at nagbukas ng bagong pinto sa paggamot ng mga kanser: lumiit ang mga tumor para sa 67% ng 32 pasyenteng may kanser sa lymphoma. 40% ng mga pasyente ay nakamit ang kumpletong pagpapatawad. May malaking sigasig para sa potensyal ng pamamaraang ito na pagalingin ang maraming iba pang mga kanser.

Pang-apat ay isang pambihirang tagumpay sa pagsasanib ng nukleyar na medyo nakamamanghang.

Nuclear fusion breakthrough.

Sa huling siglo, ang pinakadakilang siglo ng pisika, isa sa mga natuklasan ay nuclear fission. Kapag ang isang mabigat na atom tulad ng plutonium ay nasira, isang maliit na halaga ng masa ang mawawala at muling lilitaw bilang isang malaking halaga ng enerhiya - dahil ang E = mc^2, kung saan ang c ay ang bilis ng liwanag at isang napakalaking bilang.

Sa ilalim ng banta na bubuo ang Germany ng isang chain-reaksyon na bomba batay sa reaksyong ito, ang gobyerno ng US ay nagbuhos ng napakalaking halaga ng pondo sa paggawa ng fission bomb sa Los Alamos, New Mexico, hindi kalayuan sa aking tinitirhan. Sinubukan ito sa disyerto ng White Sands sa timog ng Albuquerque, at kalaunan ay ginamit upang tapusin ang digmaan sa Japan.

Mabilis na humantong ang komersyal na aplikasyon sa mga grid-sized na nuclear reactor sa iba't ibang bansa. Ang ilan ay matagumpay – ang France ay nakakuha ng 70% ng kanyang elektrikal na enerhiya mula sa 56 nuclear reactors habang ang US ay nakakuha ng humigit-kumulang 20% ​​ng kanyang enerhiya mula sa 93 nuclear reactors.

Ngunit ang tagumpay ay hindi mapakali kapag nangyari ang mga kakila-kilabot na aksidente, tulad ng Chernobyl, Russia, noong 1986 at Fukushima, Japan, noong 2011, at ang patuloy na pag-aalala tungkol sa pagtatapon ng nuclear waste sa US.

Ang isang sister nuclear reaction ay kapag ang dalawang hydrogen nuclei ay pinilit na sumanib sa helium sa pamamagitan ng pagtagumpayan ng mga salungat na pwersa at muli ay isang napakalaking dami ng enerhiya ang pinakawalan. Ito ang batayan ng mga pagsubok sa hydrogen bomb ng US sa South Pacific (Bikini Atoll) noong 1950s bago ang test ban treaty noong 1963.

Ang komersyal na aplikasyon ng nuclear fusion ay hinahangad sa mga dekada mula noon. Halimbawa, ang isang pagsisikap ay nakabatay sa Sandia National Laboratories sa Albuquerque, kung saan ang mainit na sisingilin na plasma ay nakakulong sa pamamagitan ng mga electrical field. Ang ideya ay upang ikulong, i-compress at init ang plasma (energy-in) hanggang sa hydrogen nuclei sumanib (energy-out). Ngunit ang energy-in ay palaging mas malaki kaysa sa energy-out.

Ang isa pang komersyal na aplikasyon ay sa Lawrence Livermore Laboratory sa lugar ng San Francisco Bay ng California. Dito 192 laser ang ginamit upang i-confine, i-compress at painitin ang plasma sa pamamagitan ng pagsabog ng $1 milyong pellet ng mixed hydrogen isotopes. Ang mga resulta ay palaging pareho - hanggang ngayon. Inanunsyo sa linggong magtatapos sa Disyembre 16, 2022, ang energy-out (3.1 MegaJoules) ay higit pa sa energy-in (2.1 MegaJoules) sa unang pagkakataon. Ito ay isang tunay na tagumpay. Ang nakamit na temperatura ay 3 milyong degrees C.

Inilalagay ito sa pananaw.

Una, ang energy-in versus energy-out ay masyadong simple, dahil para paganahin ang mga laser ay nangangailangan ng mas malaking enerhiya: 400 MegaJoules. Tingnan ang ref 1.

Pangalawa, ang kwento ng tagumpay ay tungkol lamang sa isang kaganapan - isang fusion ignition. Upang maging malapit sa praktikal ay mangangailangan ng marami, maraming fusion event kada minuto, at mangangailangan ng laser na libu-libong beses na mas malakas. Dagdag pa, ang gastos ay kailangang isang milyong beses na mas mura (Ref 1). Sa madaling salita, ang isang tagumpay na ito, kahit na nagbibigay-inspirasyon, ay hindi malayong malapit sa kahit na isipin ang praktikal na aplikasyon.

Kaya't hindi ito mura at hindi praktikal, ngunit gagawa ito ng mataas na intensidad na enerhiya at ito ay walang carbon.

Ang enerhiya ng nuclear fission ay isang milyong beses na mas malakas kaysa sa iba pang mapagkukunan ng enerhiya sa mundo. At ito ay isang malaking dahilan kung bakit ang mga pamumuhunan ay ginawa sa mga bansa tulad ng France at USA upang magtayo ng dose-dosenang mga nuclear power plant.

Ang nuclear fusion ay lumilikha ng 3-4 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa nuclear fission. Iyon ay isang bahagi ng panaginip. Ang isa pang bahagi ng pangarap ng pagsasanib ay walang mga produktong nuclear waste na itatapon - mga produktong basura na maaaring tumagal ng daan-daan o libu-libong taon bago mabulok. Ang ikatlong bahagi ay ang pagsasanib ay hindi isang chain reaction, kaya ang panganib ng runaway nuclear reactions at pagsabog ay hindi umiiral.

Dahil ang pagbuo ng kuryente ay may pananagutan para sa humigit-kumulang sangkatlo ng pandaigdigang greenhouse gas emissions, ang huling bahagi ng pangarap ay ang mga nuclear fusion na planta na nagwiwisik sa buong bansa upang magbigay ng high-intensity na carbon-free na elektrikal na enerhiya.

Pero tandaan mo, panaginip lang ito. Sa kabila ng mga pakinabang nito, hindi maaalis ng carbon-free nuclear fusion ang industriya ng langis at gas pagsapit ng 2050 at maaaring hindi pa sa 2100.

Mga Takeaway

Ginagaya ng sangkatauhan ang pinagmumulan ng liwanag at init ng araw. Sa humigit-kumulang 15 milyong degrees C, ang puno ng gas sa loob ng araw ay na-compress sa ilalim ng napakalaking presyon - isang kutsarita ay tumitimbang ng 750 gm o 1.65 lb. Upang gayahin ang panloob na mga kondisyon ng araw sa lab at upang makamit ang breakeven (na-out ng higit sa enerhiya-in ) ay isang kahanga-hangang gawa.

Ngunit ang pagsasanib ng nuklear ay hindi malayong malapit sa kahit na isipin ang komersyal na aplikasyon.

Kaya bakit tayo gumagastos ng malaking pera sa pagsisiyasat nito? Dahil iyon ang ginagawa ng mga advanced na bansa. Gumagawa sila ng mga teleskopyo tulad ng James Webb at ini-install ang mga ito sa mga satellite upang pag-aralan ang uniberso. Gumagawa sila ng mga rocket upang ilagay ang mga lalaki at babae sa buwan. Bumubuo sila ng mga magnetic racetrack upang mapabilis ang mga proton sa bilis ng liwanag bago sila bumagsak at ihayag sa mga fragment ang mga mailap na subatomic na particle tulad ng Higgs boson.

Malaki ang bahagi ng pulitika sa pagpapasya kung saan ibinabahagi ang suporta at pondo ng gobyerno para sa agham. Sa kabutihang palad, tulad ng iniulat sa itaas, maraming mga halimbawa ang umiiral ng mga bansang gumagamit ng agham upang malutas ang mga mabibigat na problema na direktang nakikinabang sa sangkatauhan.

Sanggunian 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, Disyembre 16, 2022.