Кога ядреният синтез ще извади от бизнеса петрола и газа.

Този коледен сезон е време на благодарност и надежда за внушителни скокове в науката, които се правят:

Първо, Принц Уилям, който основа наградата Earthshots, обявиха наградите в Бостън през 2022 г. Беше извикана една категория Съживете нашите океани. Победител беше група т.нар Местни жени от Големия бариерен риф. Рифът е бил атакуван и победителите са посветени на неговата защита. Те работят за защита на плажовете и костенурките и запазване на морската трева, която улавя десет пъти повече CO2 от горите на Амазонка. Те се борят с древното аборигенско знание и използват съвременни инструменти като дронове, за да наблюдават промените на рифа в коралите, както и вътрешните горски пожари.

Второ, в продължение на 20 години Министерството на енергетиката на САЩ финансира концепцията и развитието на малък модулен ядрен реактор (SMR), наречен NuScale Power Module. По-безопасни, по-евтини, мащабируеми и без въглеродни емисии са предимствата. Това е единственият SMR, който получава одобрение за дизайн от Комисията за ядрено регулиране (NRC). Висок по-малко от 100 фута, модулът представлява цилиндър с ширина 15 фута, който седи във вана с вода под нивото на земята. Той може да произведе 77 мегавата електричество, което може да захранва 60,000 2029 домове. Целта е да започне да работи в Айдахо до XNUMX г.

Трето, лечебното заведение разполага с пробив в лечението на някои видове рак. Методът извежда Т-клетките, които са част от имунната система, която се бори с рака, извън тялото, за да ги модифицира генетично, използвайки техниката CRISPR, и след това ги инжектира обратно в тялото като „живо лекарство“. Използвайки CRISPR, Т-клетките могат да бъдат фино настроени и направени по-смъртоносни при атаката си срещу определени ракови клетки.

Тези „готови“ Т-клетки могат да бъдат произведени в големи количества бързо с помощта на CRISPR, вместо да се налага да чакате седмици или месеци преди това. На 12 декември 2022 г. д-р McGuirk от Университета на Канзас обяви резултатите от изпитването, които бяха изненадващо добри и отвориха нова врата към лечението на рак: туморите са се свили при 67% от 32 пациенти с рак на лимфома. 40% от пациентите са постигнали пълна ремисия. Има голям ентусиазъм относно потенциала на тази техника да лекува много други видове рак.

Четвъртото е пробив в ядрения синтез, който е доста зашеметяващ.

Пробив в ядрения синтез.

През миналия век, най-великият век на физиката, едно от откритията беше ядреното делене. Когато тежък атом като плутоний се разпадне, малко количество маса се губи и се появява отново като огромно количество енергия - защото E = mc^2, където c е скоростта на светлината и много голямо число.

Под заплахата, че Германия ще разработи бомба с верижна реакция, базирана на тази реакция, правителството на САЩ наля огромни средства в изграждането на бомба с делящ се ядрен синтез в Лос Аламос, Ню Мексико, недалеч от мястото, където живея. Тестван е в пустинята Бели пясъци на юг от Албакърки и в крайна сметка е използван за прекратяване на войната с Япония.

Търговското приложение бързо доведе до ядрени реактори с размер на мрежата в различни страни. Някои бяха успешни – Франция получава 70% от електроенергията си от 56 ядрени реактора, докато САЩ получават около 20% от енергията си от 93 ядрени реактора.

Но успехът е неспокоен, когато се случат ужасни аварии, като Чернобил, Русия, през 1986 г. и Фукушима, Япония, през 2011 г., както и постоянното безпокойство относно изхвърлянето на ядрени отпадъци в САЩ.

Сестринска ядрена реакция е, когато две водородни ядра са принудени да се слеят в хелий чрез преодоляване на отблъскващите сили и отново се освобождава огромно количество енергия. Това беше в основата на американските тестове на водородни бомби в южната част на Тихия океан (атол Бикини) през 1950-те години преди договора за забрана на опитите от 1963 г.

Търговското приложение на ядрения синтез се търси през десетилетията оттогава. Например, едно начинание е базирано в Националните лаборатории Sandia в Албакърки, където горещата заредена плазма е ограничена от електрически полета. Идеята беше да се ограничи, компресира и загрее плазмата (енергия), докато водородните ядра се слеят (енергия). Но входящата енергия винаги е била по-голяма от изходящата.

Друго търговско приложение беше в лабораторията на Лорънс Ливърмор в района на залива на Сан Франциско в Калифорния. Тук Използвани са 192 лазера за ограничаване, компресиране и нагряване на плазмата чрез взривяване на пелета от смесени водородни изотопи на стойност 1 милион долара. Резултатите бяха винаги едни и същи – досега. Обявено през седмицата, приключваща на 16 декември 2022 г., изчерпаната енергия (3.1 мегаджаула) беше повече от входящата енергия (2.1 мегаджаула) за първи път. Това е истински пробив. Постигнатата температура е 3 милиона градуса по Целзий.

Поставяйки това в перспектива.

Първо, енергията на вход срещу енергия навън е твърде проста, защото за захранването на лазерите е необходима много по-голяма енергия: 400 мегаджаула. Вижте справка 1.

Второ, историята на успеха беше само за едно събитие – едно запалване на термоядрен синтез. За да бъде почти практичен, ще са необходими много, много процеси на синтез в минута и ще е необходим лазер, който е хиляди пъти по-мощен. Освен това цената трябва да е милион пъти по-евтина (Справка 1). С една дума, този успех, макар и вдъхновяващ, не е далеч дори дори да си представи практическо приложение.

Така че не е евтино и не е практично, но ще произвежда енергия с висок интензитет и ще бъде без въглерод.

Енергията на ядрения делене е милион пъти по-мощен отколкото всеки друг източник на енергия на земята. И това е голяма причина да бъдат направени инвестиции в страни като Франция и САЩ за изграждане на десетки атомни електроцентрали.

Ядреният синтез създава 3-4 пъти повече енергия от ядреното делене. Това е една част от съня. Друга част от мечтата за термоядрения синтез е, че няма ядрени отпадъци, които да се изхвърлят – отпадъчни продукти, чието разпадане може да отнеме стотици или хиляди години. Трета част е, че термоядреният синтез не е верижна реакция, така че опасността от ядрени реакции и експлозии не съществува.

Тъй като производството на електричество е отговорно за около една трета от глобалните емисии на парникови газове, последната част от мечтата са инсталации за ядрен синтез, разпръснати из цялата страна, за да осигурят електрическа енергия без въглерод с висок интензитет.

Но не забравяйте, че това е само сън. Въпреки предимствата си, безвъглеродният ядрен синтез няма да доведе до спиране на петролната и газовата индустрия до 2050 г. и може би дори до 2100 г.

За вкъщи.

Човечеството е копирало слънчевия източник на светлина и топлина. При около 15 милиона градуса C газовата вътрешност на слънцето се компресира под огромно налягане – една чаена лъжичка тежи 750 gm или 1.65 lb. За да се възпроизведат вътрешните условия на слънцето в лабораторията и да се постигне рентабилност (разход на енергия повече от входяща ) е впечатляващо постижение.

Но ядреният синтез не е далеч дори дори да си представи търговско приложение.

Така че защо харчим големи пари, за да го разследваме? Защото така правят напредналите държави. Те изграждат телескопи като Джеймс Уеб и ги инсталират на сателити, за да изучават Вселената. Те строят ракети, за да качат мъже и жени на Луната. Те изграждат магнитни състезателни писти, за да ускорят протоните до скоростта на светлината, преди да се разбият и да разкрият във фрагментите неуловими субатомни частици като бозона на Хигс.

Политиката играе голяма роля при вземането на решение къде се разпределя държавната подкрепа и финансиране за наука. За щастие, както беше съобщено по-горе, съществуват много примери за държави, които използват науката за разрешаване на належащи проблеми, които са от пряка полза за човечеството.

Справка 1: Йерусалим Демсас, Силата на слънцето, The Atlantic Daily, 16 декември 2022 г.