Când Fuziunea nucleară va scoate petrolul și gazul din afaceri.

Acest sezon de Crăciun este un moment de mulțumire și speranță pentru impunerea unor salturi în știință care se fac:

În primul rând, Prințul William, care a fondat Premiul Earthshots, a anunțat premii la Boston în 2022. S-a numit o categorie Reînvie oceanele noastre. Câștigătorul a fost un grup numit Femei indigene din Marea Barieră de Corali. Reciful a fost atacat, iar învingătorii se angajează să-i apere. Aceștia lucrează pentru a proteja plajele și țestoasele și pentru a conserva iarba de mare care captează de zece ori mai mult CO2 decât pădurile din Amazon. Ei combat cunoștințele antice aborigene și folosesc instrumente moderne, cum ar fi dronele, pentru a monitoriza modificările recifului în corali, precum și incendiile de vegetație din interior.

În al doilea rând, timp de 20 de ani, Departamentul de Energie al SUA a finanțat conceptul și dezvoltarea unui reactor nuclear modular mic (SMR) numit NuScale Power Module. Mai sigur, mai ieftin, scalabil și fără carbon sunt avantajele. Este singurul SMR care a primit aprobarea de proiectare de la Comisia de Reglementare Nucleară (NRC). Mai puțin de 100 de picioare înălțime, modulul este un cilindru lat de 15 picioare care se află într-o baie de apă sub nivelul solului. Poate produce 77 de megawați de energie electrică care poate alimenta 60,000 de case. Scopul este să funcționeze în Idaho până în 2029.

În al treilea rând, unitatea medicală are un progres în tratarea anumitor tipuri de cancer. Metoda scoate celulele T, care fac parte din sistemul imunitar care luptă împotriva cancerului, din organism pentru a le modifica genetic, folosind tehnica CRISPR, apoi le reinjectează înapoi în organism ca „medicament viu”. Folosind CRISPR, celulele T pot fi reglate fin și mai mortale în atacul lor asupra anumitor celule canceroase.

Aceste celule T „disponibile” pot fi produse rapid în cantități mari folosind CRISPR, mai degrabă decât să fie nevoie să aștepte săptămâni sau luni înainte. Pe 12 decembrie 2022, doctorul McGuirk de la Universitatea din Kansas, a anunțat rezultatele studiilor care au fost surprinzător de bune și au deschis o nouă ușă pentru tratamentul cancerului: tumorile s-au micșorat pentru 67% din 32 de pacienți cu cancer limfom. 40% dintre pacienți au obținut remisie completă. Există un mare entuziasm pentru potențialul acestei tehnici de a vindeca multe alte tipuri de cancer.

Al patrulea este o descoperire în fuziunea nucleară, care este destul de uimitoare.

Revoluție în fuziunea nucleară.

În secolul trecut, cel mai mare secol al fizicii, una dintre descoperiri a fost fisiunea nucleară. Când un atom greu, cum ar fi plutoniul, se desface, o cantitate mică de masă se pierde și reapare ca o cantitate uriașă de energie - deoarece E = mc^2, unde c este viteza luminii și un număr foarte mare.

Sub amenințarea că Germania va dezvolta o bombă cu reacție în lanț bazată pe această reacție, guvernul SUA a turnat o sumă enormă de fonduri în construirea unei bombe cu fisiune în Los Alamos, New Mexico, nu departe de locul unde locuiesc. A fost testat în deșertul White Sands de la sud de Albuquerque și, în cele din urmă, a fost folosit pentru a pune capăt războiului cu Japonia.

Aplicarea comercială a condus rapid la reactoare nucleare de dimensiunea rețelei în diferite țări. Unele au avut succes – Franța obține 70% din energia sa electrică din 56 de reactoare nucleare, în timp ce SUA primește aproximativ 20% din energia sa din 93 de reactoare nucleare.

Dar succesul este neliniștit atunci când au loc accidente teribile, cum ar fi Cernobîl, Rusia, în 1986 și Fukushima, Japonia, în 2011, și îngrijorarea mereu prezentă cu privire la eliminarea deșeurilor nucleare în SUA.

O reacție nucleară soră este atunci când două nuclee de hidrogen sunt forțate să se contopească în heliu prin depășirea forțelor de respingere și, din nou, este eliberată o cantitate enormă de energie. Aceasta a stat la baza testelor americane cu bombe cu hidrogen în Pacificul de Sud (Atolul Bikini) în anii 1950, înainte de tratatul de interzicere a testelor din 1963.

Aplicarea comercială a fuziunii nucleare a fost căutată de-a lungul deceniilor de atunci. De exemplu, un demers se bazează în Laboratoarele Naționale Sandia din Albuquerque, unde plasma încărcată fierbinte este limitată de câmpuri electrice. Ideea a fost de a limita, comprima și încălzi plasma (intrare de energie) până când nucleele de hidrogen se îmbină (ieșire de energie). Dar intrarea de energie a fost întotdeauna mai mare decât ieșirea de energie.

O altă aplicație comercială a fost la Lawrence Livermore Laboratory din zona Golfului San Francisco din California. Aici Au fost folosite 192 de lasere pentru a limita, comprima și încălzi plasma prin aruncarea unei pelete de un milion de dolari de izotopi de hidrogen amestecați. Rezultatele au fost mereu aceleași – până acum. Anunțată în săptămâna care se termină pe 1 decembrie 16, consumul de energie (2022 MegaJoules) a fost mai mult decât consumul de energie (3.1 MegaJoules) pentru prima dată. Este o adevărată descoperire. Temperatura atinsă a fost de 2.1 milioane de grade C.

Punând acest lucru în perspectivă.

În primul rând, intrarea energiei versus ieșirea energiei este prea simplă, deoarece pentru a porni laserele necesită o energie mult mai mare: 400 MegaJoules. Vezi ref 1.

În al doilea rând, povestea de succes a fost despre un singur eveniment – ​​o aprindere prin fuziune. Pentru a fi aproape practic, ar necesita multe, multe evenimente de fuziune pe minut și ar avea nevoie de un laser de mii de ori mai puternic. În plus, costul ar trebui să fie de un milion de ori mai ieftin (Ref 1). Într-un cuvânt, acest succes, deși inspirator, nu este nici pe departe aproape de a imagina aplicarea practică.

Deci nu este ieftin și nu este practic, dar ar produce energie de mare intensitate și ar fi fără carbon.

Energia de fisiune nucleară este de un milion de ori mai puternic decât orice altă sursă de energie de pe pământ. Și acesta este un motiv important pentru care s-au făcut investiții în țări precum Franța și SUA pentru a construi zeci de centrale nucleare.

Fuziunea nucleară creează de 3-4 ori mai multă energie decât fisiunea nucleară. Aceasta este o parte a visului. O altă parte a visului de fuziune este că nu există deșeuri nucleare de eliminat - produse de deșeuri care pot dura sute sau mii de ani să se descompună. O a treia parte este că fuziunea nu este o reacție în lanț, astfel încât pericolul reacțiilor nucleare fugitive și al exploziilor este inexistent.

Deoarece generarea de electricitate este responsabilă pentru aproximativ o treime din emisiile globale de gaze cu efect de seră, partea finală a visului o reprezintă centralele de fuziune nucleară presărate în întreaga țară pentru a furniza energie electrică de mare intensitate, fără carbon.

Dar amintiți-vă, este doar un vis. În ciuda avantajelor sale, fuziunea nucleară fără carbon nu va scoate industria petrolului și gazelor din afaceri până în 2050 și poate nici măcar până în 2100.

Concluzii.

Omenirea a replicat sursa de lumină și căldură a soarelui. La aproximativ 15 milioane de grade C, interiorul gazos al soarelui este comprimat sub o presiune extraordinară – o linguriță cântărește 750 g sau 1.65 lb. Pentru a reproduce condițiile interioare ale soarelui în laborator și pentru a atinge pragul de rentabilitate ) este o ispravă impresionantă.

Dar fuziunea nucleară nu este nici pe departe aproape de imaginarea unei aplicații comerciale.

Deci, de ce cheltuim bani mari investigându-l? Pentru că asta fac țările avansate. Ei construiesc telescoape precum James Webb și le instalează pe sateliți pentru a studia universul. Ei construiesc rachete pentru a pune bărbați și femei pe lună. Ei construiesc piste de curse magnetice pentru a accelera protonii la viteza luminii înainte de a se prăbuși și dezvăluie în fragmente particule subatomice evazive precum bosonul Higgs.

Politica joacă un rol important în a decide unde sunt distribuite sprijinul guvernamental și finanțarea pentru știință. Din fericire, după cum s-a raportat mai sus, există multe exemple de țări care folosesc știința pentru a rezolva probleme stringente care beneficiază în mod direct omenirea.

Referința 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 decembrie 2022.