إخراج طاقة أكبر من المدخلات

مخرج طاقة أكثر من المدخلات
خرج طاقة أكبر من المدخلات - 192 شعاع ليزر من مرفق الإشعال الوطني يتوهج داخل حاوية ذهبية. لها توهج حارق وتنتج أشعة سينية تتسبب في انفجار كبسولة الوقود في المنتصف (فكرة الفنان). مختبر لورانس ليفرمور / جون جيت وجيك لونج

إنتاج طاقة أكبر من المدخلات سعى علماء الاندماج إلى تحقيق هذا الهدف بعيد المنال ، المعروف باسم استعادة الطاقة ، على مدى سبعة عقود. تم الانتهاء من التجربة بنجاح في الساعة 5:01.00 من صباح يوم 2,05 ديسمبر من قبل العلماء في مرفق الإشعال الوطني (NIF) في كاليفورنيا. ركز العلماء 3,15 ميغا جول من ضوء الليزر على كبسولة وقود اندماج صغيرة ، مما تسبب في انفجار ينتج XNUMX ميغا جول من الطاقة ، أو ما يقرب من ثلاثة أصابع من الديناميت.

وفقًا لآن وايت ، عالمة فيزياء البلازما في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتي لم تشارك في البحث ، "هذا إنجاز مثير للغاية ومهم."

يقول مارك هيرمان ، الذي يشرف على NIF كمدير برنامج لفيزياء الأسلحة وتصميمها في مختبر لورانس ليفرمور الوطني ، إنه شعور "لا يصدق". "أنا فخور حقًا بالفريق".

والنتيجة ، التي أعلن عنها مسؤولو وزارة الطاقة اليوم ، هي انتصار لباحثي الاندماج ، الذين لطالما انتُقدوا لتقديمهم وعودًا عالية وفشلهم في الوفاء بها. مع وجود القليل من العيوب الإشعاعية للطاقة النووية القائمة على الانشطار النووي ، يوفر الاندماج جاذبية الطاقة الوفيرة الخالية من الكربون. ومع ذلك ، هناك حاجة لدرجات حرارة تصل إلى ملايين الدرجات المئوية حتى تتحد أيونات الهيدروجين في الهيليوم وتطلق الطاقة ، وهي ظروف يصعب إنتاجها والحفاظ عليها. تشير نتائج NIF إلى أن هذا ممكن ، على الأقل لفترة قصيرة. هناك طن من الطاقة في ثلاثة ميغا جول. وفقًا لستيفن روز ، عالم فيزياء البلازما في إمبريال كوليدج لندن ، فإن هذا يثبت أن شيئًا ما يعمل.

على الرغم من كل هذه الإثارة ، لا تزال محطات توليد الطاقة الاندماجية بعيدة. NIF لم يقصد أبدًا توليد الكهرباء للبيع. والغرض الرئيسي منه هو إنتاج انفجارات نووية حرارية صغيرة وتوفير المعلومات لضمان سلامة وموثوقية الترسانة النووية الأمريكية. يعتبر العديد من الخبراء أن التوكاماك الشبيهة بالفرن تصميم أفضل للإنتاج التجاري ، حيث يمكنها تحمل "حروق" الانصهار الأطول. في التوكاماك ، يتم تسخين الوقود بواسطة الموجات الدقيقة وحزم الجسيمات ويتم احتجازه بواسطة الحقول المغناطيسية. الجزء الصعب ، وفقًا لوايت ، هو جعله موثوقًا وسهلاً.

إن أهم جهاز توكاماك يتم بناؤه في فرنسا ، وهو مفاعل ITER ، ليس بالأمر السهل. لقد تجاوزت الميزانية كثيرًا ، وبعد فوات الأوان ، ولن تصبح مربحة حتى نهاية عقد 2030 على أقرب تقدير.

بعد النجاح الأخير لـ NIF ، سيطالب مؤيدو "طاقة الاندماج بالقصور الذاتي" القائمة على الليزر للحصول على المال لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم التفوق على التوكاماك.

أطلق حملة NIF "الإشعال" بقيمة 2010 مليار دولار في عام 3,5. ليزره ، الموضوعة في هيكل بحجم ثلاثة ملاعب كرة قدم ، يبعث شعاعًا من 192 ضوءًا فوق بنفسجي بعد إرسال نبضة أشعة تحت حمراء قوية بطول نانوثانية. تتركز الأشعة على الهدف المقصود ، وهو صندوق ذهبي بحجم ممحاة قلم رصاص يحتوي على كبسولة وقود بحجم حبة الفلفل. يتم تسخين الذهب إلى ملايين الدرجات ، ويصدر أشعة سينية تتسبب في ذوبان غلاف الكبسولة الماسي. يتم ضغط البنزين وتسخينه عندما يفجره الماس المتفجر.

حدوث تفاعلات الاندماج

تبدأ تفاعلات الاندماج عند نقطة مركزية ساخنة ، وإذا كان ضغط الوقود متماثلًا بدرجة كافية ، فإنه ينتشر إلى الخارج بسلاسة ، وتؤدي الحرارة الناتجة عن تفاعلات الاندماج إلى إشعال احتراق إضافي. يعتبر الاشتعال احتراقًا مستدامًا ذاتيًا ، وقد أعلن علماء NIF أنهم وصلوا إلى هذا الإنجاز بعد أكثر من عقد من العمل ، وأنتجت إحدى الطلقات في أغسطس 2021 70٪ من طاقة الليزر المدخلة. الإدارة الوطنية للأمن النووي التابعة لوزارة الطاقة ، والتي تمول NIF ، قد حددت فجأة هدف NIF باعتباره مكسبًا رئيسيًا للطاقة ، وتم تحقيق هذا الهدف الأسبوع الماضي.

لم يكن الذهاب لمسافة إضافية أمرًا سهلاً. اكتشف فريق الجبهة القومية الإسلامية أنه لا يمكن تكرار طلقة أغسطس 2021. اتضح أن استخدام كبسولة الماس الملساء أمر بالغ الأهمية: كان طراز أغسطس 2021 هو الكبسولة الأكثر سلاسة والأكثر تقريبًا التي تم إنتاجها على الإطلاق. يوضح هيرمان: "كنا بحاجة إلى تعلم كيفية تطوير الكبسولات". لقد قاموا أيضًا بتثخين الكبسولة بشكل كبير ، مما أعطى الانفجار مزيدًا من الزخم ولكنه تطلب شعاع ليزر أطول وأكثر قوة. قاموا بتعديل الليزر لاستخراج المزيد من الطاقة ، وزادوه من 1,9 ميجا جول إلى 2,05 ميجا جول.

كان باحثو NIF على المسار الصحيح بعد إطلاق طلقة 1.2 MJ في سبتمبر ، لكن التماثل كان ضعيفًا حيث تم ضغط الوقود في فطيرة بدلاً من كرة ضيقة. لقد تمكنوا من الحصول على انفجار دائري أكثر من خلال مبادلة الطاقة بين 192 حزمة ليزر ، وفي الأسبوع الماضي أصبحوا أغنياء أخيرًا. وفقًا لريكاردو بيتي من مختبر طاقة الليزر بجامعة روتشستر ، "تم إثبات ظاهرة الفيزياء."

لكن NIF فشل إذا تم تعريف المكسب على أنه إنتاج طاقة مخرجات أكثر من الكهرباء المدخلة. ليزرهم غير فعال. يتطلب الأمر مئات ميغا جول من الكهرباء لإنتاج 3 ميغا جول من طاقة الاندماج و 2 ميغا جول من ضوء الليزر.

أيضًا ، ستتطلب محطة توليد الطاقة القائمة على NIF زيادة معدل التكرار من نبضة واحدة في اليوم إلى حوالي عشر نبضات في الثانية. سيتطلب الأمر جهدًا هندسيًا كبيرًا لإنشاء مليون كبسولة وملؤها ووضعها وتفجيرها واستخراجها يوميًا.

عدم كفاءة أخرى في خطة الجبهة القومية الإسلامية ، بحسب بيتي. يستخدم نظام "الدفع غير المباشر" ، حيث يقوم بتفجير الصندوق الذهبي بالليزر لإنتاج الأشعة السينية التي تشعل الاندماج. وفقا له ، يذهب 1 ٪ فقط من طاقة الليزر إلى الوقود. إنه يفضل "الدفع المباشر" ، وهي استراتيجية تستخدمها مجموعته ، حيث تركز أشعة الليزر طاقاتها مباشرة في كبسولة وقود.

ومع ذلك ، لم تدعم وزارة الطاقة مطلقًا مشروعًا لإنشاء اندماج بالقصور الذاتي لتوليد الكهرباء. في ورقة شارك في تأليفها Betti and White ، أوصت اللجنة الاستشارية لعلوم الطاقة في الوكالة بضرورة القيام بذلك في عام 2020. يجادل بيتي بالقول "نحن بحاجة إلى نموذج جديد" ، على الرغم من أنه "لا توجد طريقة واضحة حول كيفية القيام بذلك".

يتوقع الباحثون أنه بمجرد حل NIF للمشكلة ، سيكتسب الاندماج بالليزر مصداقية وقد يبدأ المزيد من الأموال في التدفق. يسخر بيتي من تسليم العلم بعد الرحلة الشاقة للوصول إلى هنا. وهو يدعي أن هذه خطوة أولى مهمة للغاية. "الآن بعد أن انتهينا ، يمكنني التقاعد."

المصدر: العلم

Günceleme: 13/12/2022 21:35

إعلانات مماثلة

1 المرجع / اشارة رجعية

  1. اختراع الاندماج النووي متأخر جدًا بالنسبة لبعض الفيزيائيين

Yorumunuz