Samruni af köldu og heitu

Kaldur samruni er enn falinn á bak við þykka þoku og gefur ekki einu sinni viðeigandi ástæðu til að halda því fram að hann sé til. Á hinn bóginn er erfitt að hemja og ná fullri stjórn á hörku.

1. Forsíða mánaðarblaðs Vremya tímaritsins tileinkað köldum samruna.

Eftir allt saman, það er þessi kaldur samruni eða ekki? - einhver utanaðkomandi getur spurt, forvitinn um heiminn og vísindin, en þekkir ekki efnið mjög vel. Sennilega vegna þess að eftir uppljóstranir Martin Fleishman og Stanley Pons, sem tilkynntu fyrir 25 árum að þeim hafi tekist að fá orku með kjarnasamruna í "rafhlöðu" fylltri af þungu vatni með palladíum bakskaut, hafa fulltrúar opinberra vísinda ekki tjáð sig af festu og einróma, þetta er lygi. Þó að margir hafi efast, hafa margar rannsóknarmiðstöðvar gert og eru að reyna að byggja "kaltan" kjarnaofn.

Efnileg reynsla. Kannski

Staða „uppgötvunar“ Fleishman og Pons er ekki að fullu skilin. Sannleikurinn er líka óljós um nokkuð vel þekktan arftaka „kalda samruna“ þema síðustu ára - tæki sem kallast Energy Catalyzer (E-Cat). Þetta mannvirki var byggt af uppfinningamanninum Andrea Rossi (2) með hjálp teymi undir forystu Sergio Focardi. Að sögn höfundanna ætti það að vinna á meginreglunni um kaldan samruna nikkels og vetnis með framleiðslu á kopar og losun varmaorku, sem síðan er breytt í rafmagn. Fyrir hverja vinnslumínútu 1 watta kjarnaofns (sem fer niður í 400 eftir nokkrar mínútur) er 292 grömm af vatni við 20°C breytt í gufu við 101°C. Tækið var sýnt almenningi nokkrum sinnum, en hönnuðir leyfa ekki sjálfstæðar rannsóknir.

2. Andrea Rossi með E-Cat sinn

Samkvæmt PhysOrg voru tilraunir sem gerðar voru á milli janúar og apríl 2011 rangar og hafa engar raunverulegar sannanir. Framkvæmdaraðilar leyfðu ekki frekari mælingar. Hins vegar hefur hið framtakssama "uppfinningafyrirtæki" haldið skrár yfir tækiskaup síðan í nóvember 2011.

3. Prófessor Yoshiaki Arata

Hins vegar, í maí 2013, birti hópur óháðra sérfræðinga í skjalasafni arXiv gáttarinnar skýrslu um prófanir sínar á tvenns konar reactors E-Cat HT og E-Cat HT2, sem stóðu í 96 og 116 klukkustundir, í sömu röð. Kjarnakljúfurinn var prófaður af alvarlegustu vísindamönnunum - eðlisfræðingum frá háskólanum í Bologna Giuseppe Levy og Evelyn Foschi, Thorbjorn Hartman frá Svedberg rannsóknarstofunni, kjarnaeðlisfræðingnum Bo Höystad, Roland Pettersson frá háskólanum í Uppsölum og Hanno Essen frá Konunglega tækniháskólanum. í Stokkhólmi. Þau voru prófuð í Rossi rannsóknarstofunum á Ítalíu frá desember 2012 til mars 2013. Mælingar hafa sýnt að varmaorka er framleidd að minnsta kosti einni stærðargráðu hærri en afl hvers þekkts efnaorkugjafa. Svo er þetta...?

Vísindamenn um allan heim eru klofnir. Flestir trúa því ekki að slík viðbrögð séu einu sinni möguleg. Hins vegar, í tvö ár, gat enginn sannað svik á Ítalíu.

Búist er við að alþjóðlegt rannsóknarteymi muni framkvæma frekari ítarlega rannsókn á E-Cat fljótlega. Þeim ætti að ljúka í mars og fyrsta alvöru blaðið um uppfinningu Rossi kemur út skömmu síðar. Hvað sem því líður vill bandaríska fyrirtækið Cherokee Investment Partners nú fjárfesta í tæki Rossi og kynna það fyrir kínverskum og bandarískum markaði.

Ítalska hugmyndin um kalt samruna hefur verið sú háværasta undanfarin ár. Það voru auðvitað aðrar tilraunir til að sanna hagkvæmni þess. Aðferðin, sem hópur eðlisfræðinga við Kaliforníuháskóla í Los Angeles tilkynnti árið 2005, er að hita kristal fljótt með hitaeiginleikum (við upphitun myndar hann rafsvið). Í tilrauninni sem lýst er var annars vegar kristallinn hitaður á hitabilinu frá -34 til 7°C. Fyrir vikið myndaðist rafsvið af stærðargráðunni 25 GV/m á milli endanna á kristalinu sem hraðaði deuteriumjónum sem rákust saman við hvíldardeuteriumjónir. Mæld jónaorka náði 100 keV, sem samsvarar því að ná hitastigi sem nægir til nýmyndunar. Tilraunamenn sáu nifteindir með orkuna 2,45 MeV, sem bendir til kjarnasamruna. Umfang fyrirbærisins er ekki það stórt að hægt sé að nota það í orkuskyni, en það gerir það mögulegt að byggja upp smáuppsprettu nifteinda. Árið 2006 voru þessi áhrif staðfest á Rensselaer Polytechnic Institute.

Fjölmiðlar greindu frá því að í maí 2008 hafi Yoshiaki Arata (3), prófessor í eðlisfræði við Osaka háskólann í Japan, gert árangursríka og endurtakanlega tilraun sem sýndi að eftir útsetningu fyrir háþrýstingsdeuterium í kerfi myndast viðbótarhiti eftir útsetningu fyrir palladíum og sirkon oxíð duft. myndast (samanborið við stjórn með léttu vetni). Kjarnar nálægra atóma verða nógu nálægt til að mynda kjarna helíumatóms. Hins vegar efast margir vísindamenn um kjarnorkuuppruna varmans sem sést og bera þessa reynslu saman við fræga tilraun Fleishman og Pons árið 1989.

Tame Fusion Reactions

Í dag eru fleiri og fleiri rannsóknarstöðvar, þar á meðal NASA, að tilkynna um kaldsamrunatilraunir sínar. Vandamálið er að enginn getur útskýrt fyrirkomulag köldu samrunaviðbragðanna og endurteknar tilraunir eru árangursríkar og stundum ekki.

„Venjuleg“ samrunahvörf krefjast mjög mikillar orku (t.d. háhitastig eða agnaárekstrar). Kjarnar frumeinda eru jákvætt hlaðnir og verða að sigrast á rafstöðueiginleikum sem lýst er í lögmáli Coulombs til að geta tengst. Nauðsynlegt skilyrði fyrir þessu er hraði (hreyfiorka) kjarnanna. Mikil orka kjarna er náð við mjög háan hita eða með því að hraða kjarna í agnahröðlum. Þessi viðbrögð eiga sér stað í stjörnum eða þegar vetnissprengja springur. Í báðum þessum tilfellum eru viðbrögð sem eiga sér stað við gríðarlegt hitastig (ekki óvart kölluð „termo“ kjarnahvörf) ekki stjórnað af okkur. Hins vegar hefur í áratugi verið reynt að framkvæma þetta ferli í stýrðu og stýrðu umhverfi, svipað og tamdri orka við rotnun atóms.

Orka losnar við útverma viðbrögð. Fyrir eina sköpunarlotu eins helíumkjarna losnar 26,7 MeV úr fjórum róteindum í formi hreyfiorku hvarfafurðanna og gammageislunar (4). Það dreifist á atómin í kring og breytist í varmaorku. Án þess að framkvæma hvarfið er hægt að ákvarða orkuna sem losnar við hvarfið með massaskorti, þ.e. mismun á massa efnisþátta og hvarfafurða.

4. Sjónmynd af varmakjarnasamruna

Vetnishringurinn, sem við tölum oftast um í tengslum við varmakjarnasamruna, er ekki eina tegundin af varmakjarnasamruna. Í massameiri og heitari stjörnum en sólinni myndast kolefni, köfnunarefni og súrefni sem framleiðir næstum jafn mikla orku og í vetnishringrásinni. Samruni þyngri frumefna eiga sér einnig stað, í risum og ofurrisum, og sprengingar í sprengistjörnum framleiða jafnvel þyngri kjarna en nikkel.

Kjarnasamruni sem vísindin þekkja eru ólíkir, eins og þú sérð, en þeir eru alltaf tengdir mikilli orku og hitastigi af stærðargráðunni milljón kelvin. Kaldur samruni byggir aftur á móti á óþekktum eða að minnsta kosti ólýstum og óprófuðum vísindaferlum. Það mikilvægasta fyrir efasemdamenn er sannprófun, og mörgum sinnum, þar til XNUMX% endurtekningarhæfni er náð.

Vísindamenn við Livermore National Laboratory Lawrence í Kaliforníu greindi frá því í febrúar á þessu ári að í fyrsta skipti í samrunaprófunum sínum hafi þeir getað framleitt meiri orku úr hvarfi en notað var til að útvega eldsneyti. Þetta þýðir ekki að við byrjum strax að byggja samrunavirkjanir, en vissulega er þetta mikilvæg bylting, sem greint er frá í tímaritinu Nature. Eldsneytisögn sem samanstendur af samsætum vetnis, deuterium og tritium framleiddi 17 stykki. joule af orku. Þetta er meira en neytt var, þó - sem því miður versnar verulega jafnvægið - hafi aðeins eitt prósent af heildarorku sem var eytt í tilrauninni farið í eldsneyti. Og þessar upplýsingar munu örugglega koma böndum á eldmóðinn sem er að byrja.

Rannsóknarstofan í Kaliforníu, einnig þekkt sem National Ignition Facility, hýsir 350 trilljón watta leysir (5). Verkefni þess er að kveikja í vetnissamsætum að hitastigi samrunahvarfsins. Ofurlaserinn er í raun geisli 192 leysigeisla sem hraðað er í hröðum.

5. Laser með Lawrence Livermore National Incendiary Plant

6. Líkan af tilraunahitakjarnaofni með sýnilegum plasmahring inni

Ef við tölum um stýrðan hitakjarnasamruna, þá er eitt af vandamálunum sem þarf að leysa stjórn á ofurheita blóðvökvanum (6). Vísindamenn sem starfa við Sandia National Laboratory hafa verið að gera tilraunir með Helmholtz spólur þekktar síðan á XNUMXth öld, sem búa til segulsvið þegar straumur flæðir. Þegar viðbótarsegulsvið myndaðist nálægt því helsta kom í ljós að óstöðugleikaástand þróast mun hægar, sem er ein helsta hindrunin í því að viðhalda samrunahvörfinu.

Óstöðugleiki af þessu tagi, þekktur sem Rayleigh-Taylor áhrifin, í tilraunum til að „fanga“ risastórt heitt plasma í tokamakum (til að framkvæma stýrt hitakjarnahvarf) hefur hingað til óhjákvæmilega leitt til taps á stöðugleika sviði og að lokum til a „leki“ af plasma. Sandia vísindamennirnir tóku eftir því að með því að bæta auka sviði við spólurnar leiðrétti þessi óstöðugleiki. Vísindamenn, sem skrifa um uppgötvun sína í tímaritinu Physical Review Letters, viðurkenna að þeir skilji ekki fyrirbærið til fulls, en þeir vona að frekari rannsóknir geri þeim kleift að þróa tækni sem gerir plasmainu stöðugt og þar af leiðandi, halda hitakjarnahvarfinu miklu lengur en það er núna. .

Vísindin eru tvöfalt hjálparvana

Enn sem komið er eru vísindin tvöfalt hjálparvana hvað varðar varmakjarnasamruna og horfur á notkun hans sem stjórnaðrar orkugjafa. Annars vegar er það ekki mjög skýrt með köldu samruna, svo við vitum ekki hvort við eigum að binda vonir við það eða láta það eftir geðþótta Kunstkamera. Á hinn bóginn tókst honum í áratugi ekki að ná tökum á frumefni heitra samruna. Kannski er þetta úrræðaleysi aðeins áberandi og bráðum verður unnið að báðum efnum? Við höfum val, þess vegna er ekki vitað hvað - það er "kalt" og "heitt" myndun, sem aftur á móti er ekki vitað hvernig á að framkvæma til að koma með friðsamlegan ávinning.