Коли ядерний синтез виведе з бізнесу нафту й газ.

Ця різдвяна пора – це час подяки та надії на значні стрибки в науці, які здійснюються:

По-перше, Принц Вільям, засновник Earthshots Prize, оголосила нагороди в Бостоні у 2022 році. Була названа одна категорія Відродити наші океани. Переможцем стала група зв Корінні жінки Великого Бар'єрного рифу. На Риф напали, і переможці зобов’язуються його захищати. Вони працюють над захистом пляжів і черепах, а також морською травою, яка вловлює в десять разів більше CO2, ніж ліси Амазонки. Вони борються зі стародавніми знаннями аборигенів і використовують сучасні інструменти, як-от безпілотники, щоб стежити за змінами коралів на рифах, а також за внутрішніми лісовими пожежами.

По-друге, протягом 20 років Міністерство енергетики США фінансувало концепцію та розробку малого модульного ядерного реактора (SMR) під назвою NuScale Power Module. Безпечніше, дешевше, масштабоване та без викидів – це переваги. Це єдиний SMR, який отримав схвалення конструкції від Комісії ядерного регулювання (NRC). Заввишки менше 100 футів модуль являє собою циліндр шириною 15 футів, який знаходиться у ванні з водою нижче рівня землі. Він може виробляти 77 мегават електроенергії, що може забезпечити енергією 60,000 2029 будинків. Метою є запрацювання в Айдахо до XNUMX року.

По-третє, медичний заклад має а прорив у лікуванні деяких видів раку. Метод вилучає Т-клітини, які є частиною імунної системи, яка бореться з раком, з організму, щоб генетично модифікувати їх за допомогою техніки CRISPR, а потім знову вводити їх назад в організм як «живий препарат». Використовуючи CRISPR, Т-клітини можна тонко налаштувати та зробити більш смертоносними під час їх атаки на певні ракові клітини.

Ці «готові» Т-клітини можна швидко виготовити у великих кількостях за допомогою CRISPR, замість того, щоб чекати тижні або місяці. 12 грудня 2022 року доктор МакГірк з Університету Канзасу оголосив про результати випробувань, які були напрочуд гарними та відкрили нові шляхи лікування раку: пухлини зменшилися у 67% із 32 пацієнтів із раком лімфоми. 40% пацієнтів досягли повної ремісії. Є великий ентузіазм щодо потенціалу цієї методики для лікування багатьох інших видів раку.

По-четверте, це приголомшливий прорив у ядерному синтезі.

Прорив у ядерному синтезі.

У минулому столітті, найбільшому столітті фізики, одним із відкриттів було поділ ядра. Коли важкий атом, такий як плутоній, розпадається на частини, втрачається невелика кількість маси та знову з’являється у вигляді величезної кількості енергії, оскільки E = mc^2, де c — це швидкість світла та дуже велике число.

Під загрозою, що Німеччина розробить бомбу з ланцюговою реакцією на основі цієї реакції, уряд США вклав величезну кількість коштів у створення бомби ділення в Лос-Аламосі, Нью-Мексико, неподалік від мого місця проживання. Він був випробуваний у пустелі Білі піски на південь від Альбукерке, і врешті-решт був використаний для завершення війни з Японією.

Комерційне застосування швидко призвело до створення сітчастих ядерних реакторів у різних країнах. Деякі були успішними – Франція отримує 70% електроенергії з 56 ядерних реакторів, тоді як США отримують приблизно 20% своєї енергії з 93 ядерних реакторів.

Але досягти успіху непросто, коли стаються жахливі аварії, такі як Чорнобиль, Росія, у 1986 році та Фукусіма, Японія, у 2011 році, а також постійне занепокоєння щодо утилізації ядерних відходів у США.

Сестринська ядерна реакція — це коли два ядра водню змушені злитися в гелій, долаючи сили відштовхування, і знову виділяється величезна кількість енергії. Це стало основою випробувань водневої бомби США в південній частині Тихого океану (атол Бікіні) у 1950-х роках до підписання договору про заборону випробувань 1963 року.

Відтоді протягом десятиліть шукали комерційне застосування ядерного синтезу. Наприклад, одна спроба базується в Національних лабораторіях Сандії в Альбукерке, де гаряча заряджена плазма обмежена електричними полями. Ідея полягала в тому, щоб обмежити, стиснути та нагріти плазму (введення енергії), доки ядра водню не зливаються (вихід енергії). Але вхідна енергія завжди була більшою, ніж втрачена.

Ще одне комерційне застосування було в Ліверморській лабораторії Лоуренса в районі затоки Сан-Франциско в Каліфорнії. тут Використано 192 лазери обмежити, стиснути та нагріти плазму шляхом вибуху гранул із змішаних ізотопів водню вартістю 1 мільйон доларів. Результати завжди були однаковими – досі. За тиждень, що закінчився 16 грудня 2022 року, споживання енергії (3.1 мегаджоуля) вперше перевищило споживання енергії (2.1 мегаджоуля). Це справжній прорив. Досягнута температура склала 3 мільйони градусів Цельсія.

Розглядаючи це в перспективі.

По-перше, надто просте введення та відведення енергії, оскільки для живлення лазерів потрібна набагато більша енергія: 400 мегаджоулів. Див. посилання 1.

По-друге, історія успіху стосувалась лише однієї події – одного термоядерного запалювання. Щоб бути майже практичним, знадобиться багато-багато подій термоядерного синтезу за хвилину, і потрібен лазер, який у тисячі разів потужніший. Крім того, вартість мала б бути в мільйон разів дешевшою (посилання 1). Одним словом, цей єдиний успіх, хоч і надихає, але далеко не близький навіть до уявного практичного застосування.

Тож це недешево й непрактично, але воно вироблятиме енергію високої інтенсивності та не містить вуглецю.

Енергія ядерного поділу є у мільйон разів потужніший ніж будь-яке інше джерело енергії на землі. І це є важливою причиною того, що такі країни, як Франція та США, інвестують у будівництво десятків атомних електростанцій.

Ядерний синтез створює в 3-4 рази більше енергії, ніж ядерний поділ. Це одна частина мрії. Ще одна частина мрії про термоядерний синтез полягає в тому, що немає ядерних відходів, які можна утилізувати – відходів, на розпад яких можуть знадобитися сотні чи тисячі років. По-третє, термоядерний синтез не є ланцюговою реакцією, тому небезпека швидких ядерних реакцій і вибухів не існує.

Оскільки виробництво електроенергії відповідає за приблизно третину глобальних викидів парникових газів, остання частина мрії – це заводи ядерного синтезу, розкидані по всій країні для забезпечення високоінтенсивної безвуглецевої електроенергії.

Але пам’ятайте, що це лише сон. Незважаючи на свої переваги, безвуглецевий ядерний синтез не зруйнує нафтогазову промисловість до 2050 року і, можливо, навіть до 2100 року.

На винос.

Людство відтворило сонячне джерело світла й тепла. Приблизно при 15 мільйонах градусів Цельсія газоподібний вміст Сонця стискається під величезним тиском – чайна ложка важить 750 грамів або 1.65 фунта. Щоб відтворити внутрішні умови Сонця в лабораторії та досягти беззбитковості (витрата енергії більше, ніж вхідна ) є вражаючим досягненням.

Але ядерний синтез навіть не наближається до комерційного застосування.

То чому ми витрачаємо великі гроші на це розслідування? Тому що так роблять передові країни. Вони будують телескопи, такі як «Джеймс Вебб», і встановлюють їх на супутники для вивчення Всесвіту. Вони будують ракети, щоб відправити чоловіків і жінок на Місяць. Вони будують магнітні іподроми, щоб розганяти протони до швидкості світла, перш ніж вони розіб’ються та виявлять у фрагментах невловимі субатомні частинки, такі як бозон Хіггса.

Політика відіграє важливу роль у вирішенні питань, куди розподіляється державна підтримка та фінансування науки. На щастя, як повідомлялося вище, існує багато прикладів країн, які використовують науку для вирішення нагальних проблем, які приносять безпосередню користь людству.

Посилання 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 грудня 2022 р.