Dung hợp!

Một bước đột phá gần đây trong một lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm đã tạo ra một làn sóng tin tức chấn động khắp các phương tiện truyền thông chính thống. Các nhà văn từ tất cả các sọc đã ca ngợi trữ tình rằng đây là một bước tiến quan trọng và cách nó đưa chúng ta đến gần hơn với nguồn năng lượng 'sạch, an toàn, gần như vô hạn'. Thực tế mặc dù có nhiều sắc thái hơn một chút.

Như mọi khi, cái gì không bền vững sẽ không được duy trì lâu dài. Vật lý, một phần của quy luật tự nhiên, hoạt động trên những nguyên tắc đơn giản như thế. Nó không phức tạp: hệ thống phải tạo ra nhiều năng lượng hơn (nhiều hơn nhiều) so với những gì nó cần để tự duy trì để trở thành một nguồn năng lượng hữu ích. Nó phải tạo ra năng lượng dư thừa — không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học theo đuổi phản ứng tổng hợp đã coi đây là mục tiêu chính của họ. Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ (NIF) đã tạo ra kết quả nổi bật được báo cáo là đã đạt được điều đó:

Cơ sở này đã sử dụng bộ 192 tia laser của mình để cung cấp 2,05 megajoule năng lượng lên một hình trụ bằng vàng cỡ hạt đậu chứa một viên đông lạnh của các đồng vị hydro deuterium và tritium. Xung năng lượng của tia laze khiến viên nang sụp đổ, đạt đến nhiệt độ chỉ thấy ở các ngôi sao và vũ khí nhiệt hạch, đồng thời các đồng vị hydro hợp nhất thành heli, giải phóng thêm năng lượng và tạo ra một loạt các phản ứng nhiệt hạch. Phân tích của phòng thí nghiệm cho thấy rằng phản ứng đã giải phóng khoảng 3,15 MJ năng lượng — nhiều hơn khoảng 54% so với phản ứng và hơn gấp đôi so với kỷ lục trước đó là 1,3 MJ.

Được dịch sang ngôn ngữ của con người: một nhóm người đã sử dụng vũ lực để đốt cháy một quả bom hydro thu nhỏ trong buồng thử nghiệm (không sử dụng bom nguyên tử làm ngòi nổ). Khá kỳ công! Nó có tạo ra năng lượng dư thừa không? Chết tiệt nó đã làm. Giống như trong thí nghiệm đáng ngại đó bảy mươi năm trước. Để tham khảo, hãy hỏi cư dân của đảo san hô vòng Enewetak xem năng lượng thặng dư cao của loại này có thể ném san hô vào bầu khí quyển như thế nào.

Đây có phải là một nguồn năng lượng bền vững? Các thí nghiệm được thực hiện tại NIF có thể tạo ra một dòng năng lượng liên tục thay vì một vụ nổ nhỏ không? Dĩ nhiên là không. Họ không bao giờ có ý định. Nếu đọc kỹ bài báo, bạn có thể khám phá ra mục đích thực sự của thí nghiệm là gì:

Nhưng kết quả mang lại ý nghĩa đặc biệt tại NIF: cơ sở này được thiết kế để giúp các nhà khoa học vũ khí hạt nhân nghiên cứu sức nóng và áp suất cực lớn bên trong các vụ nổ, và điều đó chỉ có thể thực hiện được nếu phòng thí nghiệm tạo ra các phản ứng nhiệt hạch năng suất cao. […] câu hỏi lớn bây giờ là Bộ Năng lượng sẽ làm gì tiếp theo: tăng gấp đôi nghiên cứu vũ khí tại NIF hoặc chuyển hướng sang chương trình laser hướng tới nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch.

Tôi không biết bạn thế nào, Bạn đọc thân mến, nhưng từ 'xoay trục' gợi ý cho tôi rằng toàn bộ thí nghiệm này 100% là mục đích nghiên cứu quân sự, được đóng gói lại như một bước đột phá trong năng lượng nhiệt hạch… Nói cách khác: thay vì tìm kiếm một loại năng lượng bền vững nguồn NIF đã tìm ra một cách mới để kích hoạt bom H.

Để đạt được phản ứng nhiệt hạch bền vững , bạn cần một bình có khả năng chứa plasma có nhiệt độ lên tới 150 triệu độ. Và đây là nơi bắt đầu gãi đầu. Trong thế giới thực tế kỹ thuật không được quảng cáo nhiều như vậy, một lò phản ứng nhiệt hạch là một con lợn năng lượng được tích điện turbo trên steroid. Để giữ cho plasma nóng hàng triệu độ không bị đốt cháy qua vỏ của nó, lò phản ứng cần tạo ra một trường điện từ đủ mạnh để giữ các hạt cực nóng ở trung tâm lò phản ứng, cách xa các bức tường của nó.

ITER lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất và hứa hẹn nhất thế giới cũng sẽ đạt được kỳ tích này nhờ nam châm siêu dẫn, yêu cầu làm mát liên tục đến nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối. Chỉ riêng việc tạo ra từ trường này đã đẩy hóa đơn tiền điện của một người lên cao ngất ngưởng, chưa kể vô số thiết bị khác, tất cả cùng nhau bằng mức tiêu thụ điện của một thị trấn cỡ trung bình:

Yêu cầu về điện cho nhà máy ITER và các cơ sở sẽ dao động từ 110 MW đến tối đa 620 MW trong thời gian cao điểm là 30 giây trong quá trình vận hành plasma.

Đây không phải là ấm đun nước điện của bà bạn: chúng ta đang nói về 365 MW điện tiêu thụ (trung bình) cho một màn trình diễn pháo hoa kéo dài 30 giây. Tuy nhiên, trong số này, chỉ có 50 MW sẽ được sử dụng để đốt cháy plasma, phần còn lại sẽ được hấp thụ bởi nước làm mát và hệ thống đông lạnh. Tuy nhiên, theo trang web của dự án , phần tiêu thụ không đáng kể đó sẽ hoàn toàn bị loại khỏi thành tích mục tiêu:

ITER được thiết kế để mang lại trong plasma của nó khả năng hoàn vốn gấp mười lần (Q=10), hoặc 500 MW năng lượng nhiệt hạch từ 50 MW năng lượng nhiệt đầu vào .

Nếu bạn định nghĩa thành công khi các nhà thiết kế của ITER đã tập trung vào đầu vào sưởi ấm 50 MW cho buồng thử nghiệm (không bao gồm mức tiêu thụ tổng của TẤT CẢ thiết bị cung cấp hỗ trợ sự sống cho buồng), thì có lẽ bạn có thể gọi nó là một ngày và chộp lấy tiền bạc. Tuy nhiên, được tính toán một cách trung thực, ITER sẽ chỉ đạt được tỷ suất hoàn vốn chỉ 1,37:1 trên năng lượng đầu tư — tốt nhất là cao nhất một chút so với mức hòa vốn. Điều này thậm chí còn chưa tính đến năng lượng cần thiết để xây dựng một cấu trúc tương tự.

Vấn đề là, vật lý học không quan tâm đến những gì chúng ta đo lường dù là nhỏ nhất: đó là toàn bộ hệ thống bền vững hoặc không có gì.

Nếu chúng ta thực sự nghiêm túc trong việc cứu lấy nền văn minh này, thay vì hành động như thể chúng ta có toàn bộ thời gian trên thế giới trong khi vui vẻ thu thập hàng ngàn đô la từ các chính phủ và đơn đặt hàng từ ngành công nghiệp vũ khí, thì chúng ta sẽ tính toán tổng đầu vào so với đầu ra. Sau đó, chúng tôi sẽ nhận ra rằng mục tiêu từ một đến mười giữa nhiệt vào và nhiệt ra chắc chắn sẽ không đủ ở đây. Sử dụng số liệu được cung cấp bởi các thí nghiệm hiện tại, chúng tôi sẽ cần hướng tới mục tiêu ròng 500:1 (hoặc tổng 70:1), để chứng minh rằng ít nhất chúng tôi có thể phù hợp với hiệu suất lò phản ứng hạt nhân hiện tại . Nếu điều này nghe có vẻ bất khả thi, thì có thể là như vậy - nhưng sau đó chúng ta cũng không nên lãng phí thời gian cho nó.

Thêm vào sự thật, rằng a) chúng ta không biết liệu chúng ta có thể duy trì nhiệt hạch trong một giờ chứ đừng nói đến một ngày mà không làm hỏng hoàn toàn thiết bị (có thể là không) và b) ITER sẽ không sản xuất điện (đó sẽ là một người nào đó vấn đề của người khác (1)), và bạn thấy rằng thí nghiệm này thực sự là một cây cầu dẫn đến hư không.

Đây là nơi mà sự bất lực của nhân loại trong việc nắm bắt bản chất hữu hạn của nền văn minh của chúng ta thực sự ảnh hưởng đến tôi. Ngày của công nghệ cao được đánh số. Với tốc độ tiêu thụ hiện tại, chúng ta sẽ cần khai thác nhiều khoáng sản trong vòng 20 đến 30 năm tới so với 10 thiên niên kỷ trước - đó là bản chất của sự tăng trưởng theo cấp số nhân.

Vấn đề là, chúng tôi không còn nhiều tài nguyên như vậy, nhưng chúng tôi sẽ cố gắng. Những thiếu thốn ngày nay chẳng là gì so với những gì chúng ta sẽ trải qua mười, mười lăm năm nữa… Cứ xem đi. Sau đó, ITER sẽ vẫn đang khởi tạo (dự kiến ​​bắt đầu vào năm 2035). Bắt đầu nó sẽ là vấn đề nhỏ nhất của chúng tôi…. Mặc dù vậy, các vấn đề khác, hãy lấy tritium làm ví dụ, một đồng vị cực kỳ hiếm của hydro:

Ngày nay, triti được tạo ra bởi 19 lò phản ứng phân hạch CANDU của Canada, một nửa trong số đó dự kiến ​​sẽ ngừng hoạt động. […] Điều này có nghĩa là kho dự trữ triti khoảng 25 kg sẽ đạt đỉnh vào năm 2030 và bắt đầu giảm dần khi nó bị bán tháo và phân rã.

Và tại sao điều này lại quan trọng? Chắc chắn rồi, phản ứng tổng hợp có thể chạy trên nhiều đồng vị phong phú hơn một lần và chạy ầm ầm… Tuy nhiên, để kích hoạt nó, bạn sẽ luôn cần một lượng nhỏ thứ thực sự hiếm này.

Hơn 20 năm trước, các nhà nghiên cứu đã nhận ra rằng “cửa sổ triti” của nhiệt hạch cuối cùng sẽ đóng lại và mọi thứ chỉ trở nên tồi tệ hơn kể từ đó. ITER sẽ không đốt cháy DT cho đến sớm nhất là năm 2035, khi nguồn cung triti sẽ cạn kiệt. Sau khi ITER hoàn thành công việc vào những năm 2050 – nếu không còn sự chậm trễ nào nữa – sẽ chỉ còn lại 5 kg triti trở xuống.

Đọc toàn bộ bài viết về chủ đề này tại đây — Tôi thấy nó cực kỳ sâu sắc và có nguồn gốc rõ ràng. Hợp hạch, theo một nghĩa nào đó, là sản phẩm phụ của nỗ lực một lần trong đời của loài người nhằm xây dựng một nền văn minh chạy bằng năng lượng hạt nhân… Tất cả đều dựa trên kim loại, nhiên liệu hóa thạch và cát không thể tái tạo - những vật liệu mà chúng ta sắp cạn kiệt trong thế kỷ này. những thập kỷ tới.

Trong khi chúng ta cứ mơ về năng lượng vô tận, dù được hấp thụ bởi các tấm pin mặt trời hay được tạo ra ở đây trên Trái đất thông qua phản ứng tổng hợp, chúng ta đang cố tình quên đi lượng vật liệu không thể tái tạo cần thiết để chế tạo — và cuối cùng là tiêu thụ — bởi những công nghệ phức tạp này.

Để có một ví dụ điển hình, hãy xem sáu cuộn dây trường đa cực (tạo ra từ trường mạnh - nhân tiện, cái tên của chúng rất được yêu thích), được làm từ dây Niobi-Titanium. Đây không phải là thứ bạn mua trong Home Depot:

Có đường kính từ 17 đến 24 mét và nặng từ 200 đến 400 tấn , các cuộn dây PF2, PF3, PF4 và PF5 đơn giản là quá lớn để được sản xuất ngoài công trường và vận chuyển đến ITER.

Mọi người tại ITER hoàn toàn không giấu diếm sự thật rằng dự án của họ là một con kỳ lân hoàn toàn không thể mở rộng như thế nào. Chỉ cần thử tưởng tượng toàn bộ chuỗi cung ứng đằng sau hoạt động này, bắt đầu từ các mỏ đất hiếm ở Trung Quốc: khai thác một trữ lượng Niobi hữu hạn bằng xe ben và máy xúc, đốt cháy hàng lít dầu diesel mỗi phút, và các nhà máy lọc dầu để lại chất thải độc hại và phóng xạ cao. ao phía sau. Sau đó, hãy tưởng tượng lượng than và khí đốt tự nhiên được đốt cháy trong các lò luyện kim để nấu chảy những kim loại kỳ lạ này và tạo ra hợp kim đặc biệt này… Lượng dầu diesel (lại) được đốt cháy trong các tàu và xe tải chở hàng trăm tấn tại chỗ, điện năng được sử dụng hết quy trình lắp ráp sản xuất, v.v... Bây giờ, bạn bắt đầu hiểu được loại năng lượng và vật liệu hữu hạn đầu vào mà tôi đang nói đến, cần thiết để xây dựng, bảo trì và vận hành một lò phản ứng nhiệt hạch. Lần nữa,

Tại sao chúng ta lại nhắm đến việc xây dựng một nhà máy điện nhiệt hạch thực tế vô hạn trên Trái đất, khi chính xác là như vậy, việc sử dụng năng lượng vô hạn (dưới dạng nhiên liệu hóa thạch) đã dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt lần thứ 6 mà chúng ta đang chứng kiến ​​vào lúc này? Chúng ta muốn gây ấn tượng với ai với tất cả những điều này?

Con cháu của chúng ta, thừa hưởng một sinh quyển sắp chết, đầy chất thải phóng xạ, hóa chất vĩnh cửu, pin đã qua sử dụng và các đô thị ngập nước giữa sa mạc trống trải chắc chắn sẽ không lấy làm thích thú chút nào. Với mỗi lần tăng mức tiêu thụ năng lượng — như chúng ta đã thấy — kéo theo sự gia tăng các hoạt động hủy diệt sinh thái từ khai thác mỏ, đến sản xuất, từ phá rừng đến sa mạc hóa và cuối cùng là lãng phí — và nếu bạn nghĩ rằng lần này sẽ khác… Chà, thì tôi có một cầu bán bạn. Các tập đoàn, được trang bị nguồn năng lượng “sạch và dồi dào” như vậy, chắc chắn sẽ phá hủy những gì còn sót lại của hành tinh Trái đất trong vài thập kỷ để tìm kiếm tài nguyên và cuối cùng là lợi nhuận.

Mọi người, điều này là vô nghĩa. Rõ ràng là chúng ta đang đứng trước ngưỡng cửa của sự suy giảm lâu dài trong sản xuất dầu khí, trên một hành tinh quá nóng với một hệ sinh thái đang chết dần chết mòn. Và hy vọng lớn nhất của chúng ta là, rằng chúng ta có thể xoay sở để duy trì tốc độ khai thác tài nguyên thực sự là tự sát này trong nhiều thập kỷ nữa cho đến khi tìm ra sự hợp nhất tốt nhất và thông minh nhất của chúng ta? Có thật không? Chỉ để nhận ra rằng lúc đó chúng ta sẽ hết nhiên liệu đánh lửa, và con kỳ lân tráng lệ của chúng ta sẽ chẳng là gì ngoài một đống kim loại phế liệu (2) phóng xạ trị giá hàng tỷ đô la, không thể tự cung cấp năng lượng, chứ đừng nói đến việc sản xuất các lò phản ứng mới thuộc loại nào? Có ai đó, bất cứ ai , nghĩ về điều này một cách nghiêm túc? Ai trong tâm trí tỉnh táo của họ đã phê duyệt ngân sách cho tất cả những điều này?!

Nghiêm túc mà nói, biết được tình trạng khó khăn nghiêm trọng mà chúng ta đang gặp phải, chúng ta nên bận rộn học đi học lại cách sản xuất lương thực, quần áo và nhà ở trên một hành tinh đang chuyển sang một khí hậu hoàn toàn khác. Chúng tôi rất cần một kế hoạch làm thế nào để giảm quy mô sử dụng công nghệ, song song với sự suy giảm tự nhiên về nguồn tài nguyên và năng lượng. Chúng ta nên xem cách con người sống trước thời đại của chúng ta và xem những công nghệ và kiến ​​thức khoa học nào có thể trở nên hữu ích trong một thế giới đang cạn kiệt nghiêm trọng cả về tài nguyên khoáng sản/năng lượng và bản thân sự sống.

Nhiên liệu hóa thạch và khoáng sản sẽ rời bỏ chúng ta sớm hơn do cạn kiệt, hơn là chúng ta có thể rời bỏ chúng. Nền văn minh công nghiệp sẽ lụi tàn trong vòng một trăm năm tới, bất kể chúng ta làm gì. Tuy nhiên, giả sử rằng chúng ta không tự đưa mình vào quên lãng khi câu chuyện mở ra, chúng ta có thể học được điều gì đó trong quá trình này… Sự suy tàn của công nghệ cao cũng sẽ tạo cơ hội cho Thiên nhiên phục hồi và chúng ta trở nên khôn ngoan hơn và hơn thế nữa , bền vững. Fusion, bất chấp 'thành công' lớn này, sẽ mãi mãi là một chiếc bánh trên bầu trời. Nó sẽ luôn là 25 năm kể từ bây giờ, giống như nửa thế kỷ trước… cho đến khi mọi người cuối cùng quên nó đi. Vài trăm năm nữa trong tương lai, người ta thậm chí sẽ không thể giải thích cho con cái họ biết điều đó có nghĩa là gì.

Tuy nhiên, đối với ở đây và bây giờ, hợp nhất là một sự lãng phí thời gian, tiền bạc và tài nguyên ở quy mô khổng lồ. Nó làm giảm và ngăn cản chúng ta làm nhiều việc khác thực sự có ý nghĩa hoàn hảo trong hoàn cảnh của chúng ta và có thể giúp chúng ta vượt qua nút cổ chai phía trước. Sau đó, hãy tập trung vào những điều đó và để technutopia hỗ trợ nhiệt hạch ở nơi nó thuộc về: cho những trang sách lịch sử chưa được viết.

Cho đến lần sau,

b

Ghi chú:

(1) Hiện tại, chúng ta chỉ có thể đoán cách khai thác năng lượng to lớn được giải phóng trong quá trình hợp nhất. Hầu hết nó ở dạng bức xạ nhiệt và điện từ cộng với một số hạt năng lượng cao. Chúng ta sẽ làm gì với điều đó? Đun sôi nước và quay tua-bin hơi nước? Tỷ lệ chuyển đổi năng lượng sẽ là gì? 30% là tốt nhất? Đợi đã, chúng ta có định sử dụng cái này trong 30 giây không? Chỉ cần tưởng tượng một nhà máy điện hạt nhân phải được làm mát, tháo rời và sửa chữa cứ sau 30 giây - đơn giản là nó sẽ không hoạt động.

(2) Các nơtron được tạo ra và va đập vào các bức tường của buồng phản ứng trong quá trình tổng hợp. Mang điện tích trung tính, các trường điện từ không thể làm gì để ngăn chúng gây ra thiệt hại cấu trúc cho chính các bức tường của căn phòng, biến nó thành một mảnh kim loại phế liệu phóng xạ dễ vỡ theo thời gian. Một chất thải nguy hiểm, cần được chôn cùng với các thanh nhiên liệu uranium đã qua sử dụng, không có hy vọng tái chế. Chúc may mắn tìm được một nơi an toàn cho cả hai.