Các dự án sáng tạo sử dụng chất siêu dẫn hiện đại sẽ sớm cho phép phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát, một số người lạc quan cho biết. Tuy nhiên, các chuyên gia dự đoán rằng ứng dụng thực tế sẽ mất vài thập kỷ.
Sao mà khó thế?
Năng lượng nhiệt hạch được coi là nguồn năng lượng tiềm năng cho tương lai. Đây là năng lượng thuần túy của nguyên tử. Nhưng nó là gì và tại sao nó lại khó đạt được như vậy? Để bắt đầu, chúng ta cần hiểu sự khác biệt giữa phản ứng phân hạch hạt nhân cổ điển và phản ứng tổng hợp nhiệt hạch.
Sự phân hạch của nguyên tử là khi các đồng vị phóng xạ - uranium hoặc plutonium - bị phân hạch và biến thành các đồng vị có tính phóng xạ cao khác, sau đó chúng phải được chôn lấp hoặc tái chế.
Phản ứng nhiệt hạch bao gồm thực tế là hai đồng vị của hydro - đơteri và triti - hợp nhất thành một tổng thể duy nhất, tạo thành heli không độc và một neutron duy nhất, không tạo ra chất thải phóng xạ.
Vấn đề kiểm soát
Phản ứng đóxảy ra trên Mặt trời hoặc trong một quả bom khinh khí - đây là phản ứng tổng hợp nhiệt hạch và các kỹ sư phải đối mặt với một nhiệm vụ khó khăn - làm thế nào để kiểm soát quá trình này tại một nhà máy điện?
Đây là thứ mà các nhà khoa học đã nghiên cứu từ những năm 1960. Một lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm khác có tên Wendelstein 7-X đã bắt đầu hoạt động ở thành phố Greifswald, miền bắc nước Đức. Nó vẫn chưa được thiết kế để tạo ra phản ứng - nó chỉ là một thiết kế đặc biệt đang được thử nghiệm (một máy đo sao thay vì tokamak).
Huyết tương năng lượng cao
Tất cả các cơ sở lắp đặt nhiệt hạch đều có một đặc điểm chung - hình khuyên. Nó dựa trên ý tưởng sử dụng các nam châm điện mạnh để tạo ra một trường điện từ mạnh có hình dạng giống như một hình xuyến - một ống xe đạp được bơm căng.
Trường điện từ này phải dày đặc đến mức khi nó được làm nóng trong lò vi sóng đến một triệu độ C, plasma phải xuất hiện ở chính giữa vòng tròn. Sau đó, nó được đốt cháy để quá trình hợp nhất có thể bắt đầu.
Thể hiện khả năng
Ở Châu Âu, hai thí nghiệm như vậy hiện đang được tiến hành. Một trong số đó là Wendelstein 7-X, gần đây đã tạo ra plasma heli đầu tiên của nó. Cơ sở còn lại là ITER, một cơ sở nhiệt hạch thử nghiệm khổng lồ ở miền nam nước Pháp vẫn đang được xây dựng và sẽ sẵn sàng hoạt động vào năm 2023.
Người ta cho rằng các phản ứng hạt nhân thực sự sẽ xảy ra tại ITER, tuy nhiên, chỉ trongtrong một khoảng thời gian ngắn và chắc chắn không quá 60 phút. Lò phản ứng này chỉ là một trong nhiều bước tiến tới biến phản ứng tổng hợp hạt nhân thành hiện thực.
Lò phản ứng nhiệt hạch: nhỏ hơn và mạnh hơn
Gần đây, một số nhà thiết kế đã công bố một thiết kế lò phản ứng mới. Theo một nhóm sinh viên từ Viện Công nghệ Massachusetts, cũng như đại diện của công ty vũ khí Lockheed Martin, phản ứng tổng hợp có thể được thực hiện trong các cơ sở mạnh hơn và nhỏ hơn ITER rất nhiều, và họ sẵn sàng thực hiện trong vòng 10 năm.
Ý tưởng của thiết kế mới là sử dụng các chất siêu dẫn nhiệt độ cao hiện đại trong các nam châm điện, thể hiện các đặc tính của chúng khi được làm mát bằng nitơ lỏng, thay vì các chất thông thường đòi hỏi heli lỏng. Một công nghệ mới, linh hoạt hơn sẽ cho phép thiết kế lại hoàn toàn lò phản ứng.
Klaus Hesch, người phụ trách công nghệ tổng hợp hạt nhân tại Viện Công nghệ Karlsruhe ở Tây Nam nước Đức, tỏ ra hoài nghi. Nó hỗ trợ việc sử dụng các chất siêu dẫn nhiệt độ cao mới cho các thiết kế lò phản ứng mới. Tuy nhiên, theo ông, để phát triển một cái gì đó trên máy tính, có tính đến các quy luật vật lý, là chưa đủ. Cần phải tính đến những thách thức nảy sinh khi đưa một ý tưởng vào thực tế.
Khoa học viễn tưởng
Theo Hesh, mô hình sinh viên MIT chỉ cho thấy khả năng của một dự án. Nhưng nó thực sự là rất nhiều khoa học viễn tưởng. Dự địnhcho thấy rằng các vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng của phản ứng tổng hợp đã được giải quyết. Nhưng khoa học hiện đại không biết làm thế nào để giải quyết chúng.
Một trong những vấn đề như vậy là ý tưởng về cuộn dây có thể thu gọn. Nam châm điện có thể được tháo rời để vào bên trong vòng giữ plasma trong mô hình thiết kế của MIT.
Điều này sẽ rất hữu ích vì người ta có thể truy cập các đối tượng trong hệ thống nội bộ và thay thế chúng. Nhưng trong thực tế, chất siêu dẫn được làm bằng vật liệu gốm. Hàng trăm trong số chúng phải được kết hợp với nhau một cách tinh vi để tạo thành từ trường chính xác. Và ở đây có những khó khăn cơ bản hơn: các kết nối giữa chúng không đơn giản như kết nối của cáp đồng. Thậm chí chưa ai nghĩ ra những khái niệm có thể giúp giải quyết những vấn đề như vậy.
Quá hot
Nhiệt độ cao cũng là một vấn đề. Ở lõi của plasma nhiệt hạch, nhiệt độ sẽ đạt khoảng 150 triệu độ C. Nhiệt lượng cực lớn này vẫn ở tại vị trí - ngay tại trung tâm của chất khí bị ion hóa. Nhưng ngay cả xung quanh nó vẫn rất nóng - từ 500 đến 700 độ trong vùng lò phản ứng, là lớp bên trong của ống kim loại, trong đó tritium cần thiết cho phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ "tái tạo"
Lò phản ứng nhiệt hạch còn có một vấn đề lớn hơn - cái gọi là giải phóng điện. Đây là bộ phận của hệ thống nhận nhiên liệu đã qua sử dụng, chủ yếu là heli, từ quá trình nhiệt hạch. Ngày thứ nhấtcác thành phần kim loại mà khí nóng đi vào được gọi là "bộ chuyển hướng". Nó có thể nóng lên đến hơn 2000 ° C.
Vấn đề về bộ phân tần
Để nhà máy có thể chịu được nhiệt độ này, các kỹ sư đang cố gắng sử dụng vonfram kim loại được sử dụng trong bóng đèn sợi đốt kiểu cũ. Điểm nóng chảy của vonfram là khoảng 3000 độ. Nhưng cũng có những hạn chế khác.
Trong ITER, điều này có thể được thực hiện, bởi vì sự nóng lên trong nó không xảy ra liên tục. Giả định rằng lò phản ứng sẽ chỉ hoạt động 1-3% thời gian. Nhưng đó không phải là một lựa chọn cho một nhà máy điện cần chạy 24/7. Và, nếu ai đó tuyên bố có thể xây dựng một lò phản ứng nhỏ hơn với công suất tương đương với ITER, thì có thể nói rằng anh ta không có giải pháp cho vấn đề bộ phân kỳ.
Nhà máy điện trong vài thập kỷ
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn lạc quan về sự phát triển của lò phản ứng nhiệt hạch, tuy nhiên, nó sẽ không nhanh như một số người đam mê dự đoán.
ITER nên chứng minh rằng phản ứng tổng hợp có kiểm soát thực sự có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức sẽ được sử dụng để làm nóng plasma. Bước tiếp theo là xây dựng một nhà máy điện trình diễn hỗn hợp hoàn toàn mới thực sự tạo ra điện.
Kỹ sư đang làm việc trên thiết kế của nó. Họ sẽ phải học hỏi từ ITER, dự kiến ra mắt vào năm 2023. Xem xét thời gian cần thiết cho thiết kế, lập kế hoạch và xây dựng, có vẻ nhưkhó có khả năng nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên được khởi động sớm hơn nhiều so với giữa thế kỷ 21.
Rossi Cold Fusion
Vào năm 2014, một cuộc thử nghiệm độc lập đối với lò phản ứng E-Cat đã kết luận rằng thiết bị tạo ra công suất trung bình 2.800 watt trong khoảng thời gian 32 ngày với mức tiêu thụ là 900 watt. Đây là hơn bất kỳ phản ứng hóa học nào có khả năng cô lập. Kết quả này nói lên một bước đột phá trong phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, hoặc về sự gian lận hoàn toàn. Báo cáo đã làm thất vọng những người hoài nghi, họ nghi ngờ liệu thử nghiệm có thực sự độc lập hay không và cho rằng có thể có sự sai lệch kết quả thử nghiệm. Những người khác đang bận rộn tìm ra "thành phần bí mật" cho phép sự hợp nhất của Rossi để tái tạo công nghệ.
Rossi là kẻ lừa đảo?
Andrea đang áp đặt. Ông xuất bản những tuyên bố với thế giới bằng tiếng Anh độc đáo trong phần bình luận trên trang web của mình, được gọi một cách giả tạo là Tạp chí Vật lý Hạt nhân. Nhưng những nỗ lực thất bại trước đây của ông đã bao gồm một dự án biến chất thải thành nhiên liệu của Ý và một máy phát điện nhiệt điện. Petroldragon, một dự án chuyển đổi chất thải thành năng lượng, đã thất bại một phần do việc đổ chất thải bất hợp pháp được kiểm soát bởi tổ chức tội phạm có tổ chức của Ý, đã nộp đơn buộc tội vi phạm các quy định về quản lý chất thải. Ông cũng đã tạo ra một thiết bị nhiệt điện cho Quân đoàn Công binh Hoa Kỳ, nhưng trong quá trình thử nghiệm, thiết bị này chỉ tạo ra một phần nhỏ so với công suất được công bố.
Nhiều người không tin tưởng Rossi, và tổng biên tập của Thời báo Năng lượng Mới đã thẳng thừng gọi anh ta là tội phạm với hàng loạt dự án năng lượng thất bại sau lưng.
Xác minh độc lập
Rossi đã ký hợp đồng với công ty Industrial Heat của Mỹ để tiến hành một cuộc thử nghiệm bí mật kéo dài một năm đối với nhà máy nhiệt hạch công suất 1 MW. Thiết bị là một thùng vận chuyển được đóng gói với hàng chục E-Cats. Thử nghiệm phải được kiểm soát bởi một bên thứ ba, người có thể xác nhận rằng quá trình sinh nhiệt thực sự đang diễn ra. Rossi tuyên bố đã dành phần lớn thời gian trong năm qua để thực tế sống trong một container và giám sát các hoạt động hơn 16 giờ mỗi ngày để chứng minh khả năng thương mại của E-Cat.
Thử nghiệm đã kết thúc vào tháng Ba. Những người ủng hộ Rossi háo hức chờ đợi báo cáo của các quan sát viên, hy vọng một sự tha bổng cho người hùng của họ. Nhưng cuối cùng họ đã kiện.
Kiện
Trong đơn gửi lên tòa án Florida, Rossi tuyên bố rằng thử nghiệm đã thành công và một trọng tài độc lập xác nhận rằng lò phản ứng E-Cat tạo ra năng lượng gấp sáu lần so với mức tiêu thụ. Anh ta cũng tuyên bố rằng Industrial Heat đã đồng ý trả cho anh ta 100 triệu đô la - 11,5 triệu đô la trả trước sau 24 giờ thử nghiệm (bề ngoài là quyền cấp phép để công ty có thể bán công nghệ ở Mỹ) và 89 triệu đô la khác sau khi hoàn thành thành công bản mở rộng thử nghiệm. trong vòng 350 ngày. Rossi cáo buộc IH điều hành một "kế hoạch gian lận"mục đích của việc đó là ăn cắp tài sản trí tuệ của anh ta. Ông cũng cáo buộc công ty chiếm đoạt các lò phản ứng E-Cat, sao chép bất hợp pháp các công nghệ và sản phẩm sáng tạo, chức năng và thiết kế cũng như lạm dụng bằng sáng chế về tài sản trí tuệ của mình.
Mỏ vàng
Ở những nơi khác, Rossi tuyên bố rằng trong một cuộc biểu tình của mình, IH đã nhận được 50-60 triệu đô la từ các nhà đầu tư và 200 triệu đô la khác từ Trung Quốc sau một cuộc chơi lại có sự tham gia của các quan chức hàng đầu Trung Quốc. Nếu điều này là đúng, thì hơn một trăm triệu đô la đang bị đe dọa. Industrial Heat đã bác bỏ những tuyên bố này là vô căn cứ và sẽ tích cực bảo vệ chính mình. Quan trọng hơn, cô ấy tuyên bố rằng cô ấy "đã làm việc hơn ba năm để xác nhận kết quả mà Rossi được cho là đã đạt được với công nghệ E-Cat của anh ấy, nhưng không thành công."
IH không tin vào E-Cat, và New Energy Times thấy không có lý do gì để nghi ngờ điều đó. Vào tháng 6 năm 2011, một đại diện của ấn phẩm đã đến thăm Ý, phỏng vấn Rossi và quay một đoạn trình diễn về E-Cat của anh ấy. Một ngày sau, ông báo cáo mối quan tâm nghiêm túc của mình về phương pháp đo nhiệt điện. Sau 6 ngày, nhà báo đã đăng video của mình lên YouTube. Các chuyên gia từ khắp nơi trên thế giới đã gửi cho ông các bản phân tích, được công bố vào tháng Bảy. Rõ ràng đây là một trò lừa bịp.
Xác nhận thử nghiệm
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu - Alexander Parkhomov từ Đại học Hữu nghị Nhân dân Nga và Dự án Tưởng niệm Martin Fleishman (MFPM) -quản lý để tái tạo nhiệt hạch nhiệt hạch lạnh giá của Nga. Báo cáo của MFPM có tiêu đề "Sự kết thúc của kỷ nguyên carbon đã gần kề". Lý do cho sự ngưỡng mộ đó là sự phát hiện ra một vụ nổ bức xạ gamma, không thể giải thích khác hơn là bằng phản ứng nhiệt hạch. Theo các nhà nghiên cứu, Rossi có chính xác những gì anh ấy nói.
Một công thức mở khả thi cho phản ứng tổng hợp lạnh có thể châm ngòi cho cơn sốt vàng năng lượng. Các phương pháp thay thế có thể được tìm thấy để vượt qua các bằng sáng chế của Rossi và giữ anh ta khỏi ngành kinh doanh năng lượng trị giá hàng tỷ đô la.
Vì vậy, có lẽ Rossi muốn tránh xác nhận này hơn.
