Kada će nuklearna fuzija isključiti naftu i plin.

Ovo božićno vrijeme je vrijeme zahvalnosti i nade za nametanje iskoraka u nauci koji se prave:

prvo, Princ William, koji je osnovao nagradu Earthshots, najavio dodjelu nagrada u Bostonu 2022. godine. Pozvana je jedna kategorija Oživite naše oceane. Pobjednik je grupa tzv Autohtone žene Velikog koraljnog grebena. Greben je napadnut, a pobjednici su posvećeni njegovoj odbrani. Rade na zaštiti plaža i kornjača i očuvanju morske trave koja hvata deset puta više CO2 od amazonskih šuma. Borački koriste znanje drevnih aboridžina i koriste moderne alate poput dronova da prate promjene koralja na grebenu, kao i požare u unutrašnjosti.

Drugo, 20 godina Ministarstvo energetike SAD je finansiralo koncept i razvoj malog modularnog nuklearnog reaktora (SMR) pod nazivom NuScale Power Module. Sigurniji, jeftiniji, skalabilni i bez ugljenika su prednosti. To je jedini SMR koji je dobio odobrenje za dizajn od Komisije za nuklearnu regulaciju (NRC). Manje od 100 stopa visok, modul je cilindar širine 15 stopa koji se nalazi u kadi s vodom ispod nivoa zemlje. Može proizvesti 77 megavata električne energije koja može napajati 60,000 domova. Cilj je da počne sa radom u Idahu do 2029. godine.

Treće, medicinska ustanova ima a napredak u liječenju određenih karcinoma. Metoda izvodi T-ćelije, koje su dio imunološkog sistema koji se bori protiv raka, iz tijela kako bi ih genetski modificirao, koristeći CRISPR tehniku, a zatim ih ponovo ubrizgao u tijelo kao "živu drogu". Koristeći CRISPR, T-ćelije se mogu fino podesiti i učiniti smrtonosnijim u njihovom napadu na određene ćelije raka.

Ove "gotove" T-ćelije mogu se brzo proizvesti u velikim količinama pomoću CRISPR-a, umjesto da čekaju nekoliko sedmica ili mjeseci ranije. 12. decembra 2022. dr. McGuirk sa Univerziteta u Kanzasu objavio je rezultate ispitivanja koji su bili iznenađujuće dobri i otvorili nova vrata u liječenju karcinoma: tumori su se smanjili za 67% od 32 pacijenata s rakom limfoma. 40% pacijenata je postiglo potpunu remisiju. Postoji veliki entuzijazam za potencijal ove tehnike da izliječi mnoge druge vrste raka.

Četvrti je proboj u nuklearnoj fuziji koji je prilično zapanjujući.

Proboj nuklearne fuzije.

U prošlom veku, najvećem veku fizike, jedno od otkrića bila je nuklearna fisija. Kada se teški atom poput plutonijuma raspadne, mala količina mase se gubi i ponovo se pojavljuje kao ogromna količina energije - jer E = mc^2, gde je c brzina svetlosti i veoma veliki broj.

Pod prijetnjom da će Njemačka razviti bombu s lančanom reakcijom na osnovu ove reakcije, američka vlada je uložila ogromnu količinu sredstava u izgradnju fisione bombe u Los Alamosu, Novi Meksiko, nedaleko od mjesta gdje ja živim. Testiran je u pustinji White Sands južno od Albuquerquea, i na kraju je iskorišten za okončanje rata s Japanom.

Komercijalna primjena je brzo dovela do nuklearnih reaktora veličine mreže u različitim zemljama. Neki su bili uspješni – Francuska dobija 70% svoje električne energije iz 56 nuklearnih reaktora, dok SAD dobija oko 20% svoje energije iz 93 nuklearna reaktora.

Ali uspjeh je neugodan kada se dogode strašne nesreće, kao što su Černobil, Rusija, 1986. i Fukushima, Japan, 2011., i uvijek prisutna briga o odlaganju nuklearnog otpada u SAD-u.

Sestrinska nuklearna reakcija je kada su dvije jezgre vodika prisiljene da se spoje u helijum prevladavanjem odbojnih sila i još jednom se oslobađa ogromna količina energije. Ovo je bila osnova američkih testova hidrogenske bombe u južnom Pacifiku (Atol Bikini) 1950-ih prije sporazuma o zabrani testiranja iz 1963. godine.

Od tada se desetljećima tražila komercijalna primjena nuklearne fuzije. Na primjer, jedan poduhvat je baziran u Sandia National Laboratories u Albuquerqueu, gdje je vruća nabijena plazma ograničena električnim poljima. Ideja je bila ograničiti, komprimirati i zagrijati plazmu (ulazak energije) dok se jezgra vodonika ne spoje (energija). Ali ulazak energije je uvijek bio veći od potrošnje energije.

Još jedna komercijalna primjena bila je u Laboratoriji Lawrence Livermore u oblasti San Francisco Bay u Kaliforniji. Evo Korištena su 192 lasera da ograniči, komprimuje i zagreje plazmu tako što će eksplodirati pelet od 1 milion dolara mešanih izotopa vodonika. Rezultati su uvijek bili isti – do sada. Najavljeno u sedmici koja je završila 16. decembra 2022. godine, potrošnja energije (3.1 megadžula) je po prvi put bila veća od potrošnje energije (2.1 megadžula). To je pravi proboj. Postignuta temperatura je bila 3 miliona stepeni C.

Stavljajući ovo u perspektivu.

Prvo, unos energije u odnosu na gubitak energije je previše jednostavan, jer je za napajanje lasera potrebna znatno veća energija: 400 megadžula. Vidi ref. 1.

Drugo, priča o uspjehu se odnosila na samo jedan događaj – jedno fuzijsko paljenje. Da bi bio skoro praktičan, bilo bi potrebno mnogo, mnogo događaja fuzije u minuti i trebao bi laser koji je hiljadama puta moćniji. Osim toga, cijena bi morala biti milion puta jeftinija (Ref. 1). Jednom riječju, ovaj uspjeh, iako inspirativan, nije ni približno ni zamišljanju praktične primjene.

Dakle, nije jeftin i nije praktičan, ali bi proizvodio energiju visokog intenziteta i bio bi bez ugljika.

Energija nuklearne fisije je milion puta moćnije nego bilo koji drugi izvor energije na zemlji. I to je veliki razlog zašto se u zemljama poput Francuske i SAD ulaže u izgradnju desetina nuklearnih elektrana.

Nuklearna fuzija stvara 3-4 puta više energije od nuklearne fisije. To je jedan dio sna. Drugi dio sna o fuziji je da ne postoje nuklearni otpadni proizvodi za odlaganje – otpadni proizvodi za koje mogu proći stotine ili hiljade godina da se raspadnu. Treći dio je da fuzija nije lančana reakcija, tako da opasnost od brzih nuklearnih reakcija i eksplozija ne postoji.

Budući da je proizvodnja električne energije odgovorna za otprilike trećinu globalnih emisija stakleničkih plinova, posljednji dio sna su postrojenja za nuklearnu fuziju raspršena širom zemlje kako bi se osigurala električna energija visokog intenziteta bez ugljika.

Ali zapamtite, to je samo san. Unatoč svojim prednostima, nuklearna fuzija bez ugljika neće zaustaviti industriju nafte i plina do 2050., a možda čak ni do 2100. godine.

Za poneti.

Čovječanstvo je ponovilo sunčev izvor svjetlosti i topline. Na oko 15 miliona stepeni C, gasovita unutrašnjost Sunca je komprimovana pod ogromnim pritiskom – kašičica je teška 750 g ili 1.65 lb. Da bi se replicirali unutrašnji uslovi sunca u laboratoriji i da bi se postigla ravnoteža (potrošnja energije više nego utrošak energije ) je impresivan podvig.

Ali nuklearna fuzija nije ni približno ni zamišljanju komercijalne primjene.

Zašto onda trošimo veliki novac na istragu? Jer to rade napredne zemlje. Oni grade teleskope kao što je James Webb i instaliraju ih na satelite kako bi proučavali svemir. Prave rakete kako bi muškarce i žene postavili na Mjesec. Oni grade magnetne trkačke staze da ubrzaju protone do brzine svjetlosti prije nego što se sruše i otkriju u fragmentima neuhvatljive subatomske čestice poput Higgsovog bozona.

Politika igra veliku ulogu u odlučivanju o tome gdje će se raspodijeliti državna podrška i finansiranje nauke. Srećom, kao što je gore navedeno, postoje mnogi primjeri zemalja koje koriste nauku za rješavanje hitnih problema koji direktno koriste čovječanstvu.

Referenca 1: Jerusalem Demsas, Moć sunca, The Atlantic Daily, 16. decembar 2022.