Füzyon!

Deneysel bir füzyon reaktöründe yakın zamanda meydana gelen bir gelişme , ana akım medyada dalgalanan bir şok dalgası yarattı. Her türden yazar, bunun nasıl ileriye doğru atılmış büyük bir adım olduğunu ve bizi 'temiz, güvenli, neredeyse sınırsız' bir enerji kaynağına nasıl yaklaştırdığını lirik bir şekilde cilaladı. Gerçek olsa da, biraz daha nüanslıdır.

Her zaman olduğu gibi, sürdürülemez olan sürdürülemez. Doğanın kural kitabının bir parçası olan fizik, bunun gibi basit ilkeler üzerinde çalışır. Karmaşık değil: sistem, bir enerji kaynağı olarak yararlı olabilmesi için, kendini sürdürmek için ihtiyaç duyduğundan daha fazla (çok daha fazla) enerji üretmelidir. Fazla enerji üretmelidir - füzyon peşinde koşan bilim adamlarının bunu birincil hedefleri haline getirmelerine şaşmamalı. Olağanüstü sonucu üreten ABD Ulusal Ateşleme Tesisi'nin (NIF) tam da bunu başardığı bildirildi:

Tesis, donmuş hidrojen izotopları döteryum ve trityum peleti içeren bezelye büyüklüğünde bir altın silindire 2,05 megajoule enerji iletmek için 192 lazer setini kullandı. Lazerin enerji darbesi, kapsülün çökmesine, yalnızca yıldızlarda ve termonükleer silahlarda görülen sıcaklıklara ulaşmasına ve hidrojen izotoplarının helyuma dönüşmesine, ek enerji salmasına ve bir dizi füzyon reaksiyonu yaratmasına neden oldu. Laboratuvarın analizi, reaksiyonun yaklaşık 3,15 MJ enerji açığa çıkardığını gösteriyor - reaksiyona girenden kabaca %54 daha fazla ve önceki rekor olan 1,3 MJ'in iki katından fazla.

İnsan diline çevrildi: bir grup insan, bir test odasında minyatür bir hidrojen bombasını ateşlemek için kaba kuvvet kullandı (sigorta olarak atom bombası kullanmadan). Büyük bir başarı! Fazla enerji üretti mi? Kahretsin. Tıpkı yetmiş yıl önceki o uğursuz deneyde olduğu gibi. Referans olarak, Enewetak Atolü sakinlerine bu türden yüksek fazla enerjinin mercanları atmosfere nasıl fırlatabileceğini sorun.

Bu sürdürülebilir bir enerji kaynağı mı? NIF'de yapılan deneyler, minyatür bir patlama yerine sürekli bir enerji akışı üretebilir mi? Tabii ki değil. Asla amaçlanmadılar. Makaleyi dikkatlice okursanız, deneyin gerçek amacının ne olduğunu keşfedebilirsiniz:

Ancak sonuçlar NIF'de özel bir önem taşıyor: tesis, nükleer silah bilim adamlarının patlamaların içindeki yoğun ısı ve basınçları incelemelerine yardımcı olmak için tasarlandı ve bu, yalnızca laboratuvarın yüksek verimli füzyon reaksiyonları üretmesi durumunda mümkün. […] Şimdi asıl soru, Enerji Bakanlığı'nın bundan sonra ne yapacağı: NIF'deki silah araştırmalarını iki katına çıkarmak veya füzyon enerjisi araştırmalarına yönelik bir lazer programına dönmek.

Sizi bilmem Sevgili Okur, ama 'pivot' kelimesi bana tüm bu deneyin %100 askeri araştırma amaçlı olduğunu ve füzyon enerjisinde bir atılım olarak yeniden paketlendiğini gösteriyor ... Başka bir deyişle: sürdürülebilir bir enerji bulmak yerine kaynak NIF, bir H-bombasını ateşlemenin yeni bir yolunu buldu.

Sürekli bir füzyon reaksiyonu elde etmek için , 150 milyon dereceye kadar sıcaklıktaki plazmayı tutabilen bir kaba ihtiyacınız olacaktır. Ve işte burada kafaların kaşınması başlıyor. Pek reklamı yapılmayan mühendislik dünyasında, bir füzyon reaktörü, steroid kullanan turbo şarjlı bir enerji domuzudur. Milyonlarca derecelik sıcak plazmanın kasasında yanmasını önlemek için reaktörün, reaktörün merkezindeki aşırı sıcak parçacıkları duvarlarından uzak tutacak kadar güçlü bir elektromanyetik alan oluşturması gerekir.

Dünyanın en büyük ve en umut verici füzyon reaktörü olan ITER , bu başarıyı mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar sürekli soğutma gerektiren süper iletken mıknatıslarla da başaracak. Tek başına bu manyetik alanı oluşturmak , bir orta ölçekli kasabanın elektrik tüketimine eşit olan diğer ekipmanların çokluğu bir yana, kişinin elektrik faturasını tavana vurur :

ITER tesisi ve tesisleri için elektrik gereksinimleri, plazma işlemi sırasında 30 saniyelik en yoğun dönemler için 110 MW ila 620 MW arasında değişecektir.

Bu, büyükannenizin elektrikli su ısıtıcısı değil: 30 saniyelik bir havai fişek gösterisi için (ortalama olarak) tüketilen 365 MW elektrikten bahsediyoruz. Ancak bu miktarın sadece 50 MW'ı plazmayı tutuşturmak için kullanılacak, geri kalanı soğutma suyu ve kriyojenik sistemler tarafından emilecektir. Yine de projenin web sitesine göre , tüketimin o kadar da önemsiz olmayan bir kısmı, hedeflenen başarının tamamen dışında bırakılacak:

ITER, plazmasında on kat geri dönüş gücü (Q=10) veya 50 MW giriş ısıtma gücünden 500 MW füzyon gücü verecek şekilde tasarlanmıştır .

Başarıyı, ITER tasarımcılarının test odasına 50 MW'lık ısıtma girdisine odaklanması olarak tanımlarsanız (odaya yaşam desteği sağlayan TÜM ekipmanın brüt tüketimi hariç), o zaman evet, muhtemelen bir gün diyebilir ve para. Bununla birlikte, dürüstçe hesaplandığında, ITER, en iyi ihtimalle, yalnızca 1,37:1'lik bir enerji yatırımı getirisi elde edecektir - başabaş seviyesinin biraz üzerinde -. Bu, benzer bir yapıyı inşa etmek için gereken enerjiyi hesaba katmıyor bile.

Sorun şu ki, fizik ölçtüğümüz en ufak şeyle ilgilenmiyor: sürdürülebilir olan ya tüm sistem ya da hiçbir şey.

Bu medeniyeti kurtarma konusunda gerçekten ciddi olsaydık, hükümetlerden binleri ve silah endüstrisinden siparişleri mutlu bir şekilde toplarken dünyanın her zaman sahip olduğumuz gibi davranmak yerine, o zaman brüt girdi-çıktı hesaplamaları yapıyor olurduk. O zaman birden ona kadar bir ısınmaya karşı ısınma golünün burada kesinlikle yeterli olmayacağını anlarız. Mevcut deneyler tarafından sağlanan metriği kullanarak, en azından mevcut nükleer reaktör performansını yakalayabileceğimizi kanıtlamak için net 500:1 hedefi (veya brüt 70:1) hedeflememiz gerekir . Bu imkansız görünüyorsa, o zaman belki de öyledir - ama o zaman da zamanımızı bununla harcamamalıyız.

Şu gerçekleri ekleyin: a) ekipmanı tamamen bozmadan (muhtemelen değil) bir günü bırakın bir saat boyunca füzyonu sürdürüp sürdüremeyeceğimize dair hiçbir fikrimiz yok (muhtemelen değil) ve b) ITER elektrik üretmeyecek (bu birileri olacak ) başkasının problemi (1)) ve bu deneyin gerçekten hiçbir yere giden bir köprü olmadığını görüyorsunuz.

İnsanlığın uygarlığımızın sonlu doğasını kavrayamamasının beni gerçekten etkilediği yer burasıdır. Yüksek teknolojinin günleri sayılı. Mevcut tüketim oranlarında, önümüzdeki yirmi ila otuz yıl içinde, son on bin yıldaki kadar mineral çıkarmamız gerekecek - üstel büyümenin doğası böyledir.

Sorun şu ki, o kadar fazla kaynağımız kalmadı ama yine de deneyeceğiz. Bugünkü kıtlıklar, bundan on, on beş yıl sonra yaşayacaklarımızın yanında bir hiç… Sadece izleyin. O zaman ITER hala başlatılıyor olacak (2035'te başlaması planlanıyor). Başlamak bizim en küçük sorunumuz olacak…. Diğer hususlara rağmen, örneğin son derece nadir bir hidrojen izotopu olan trityum'u ele alalım:

Bugün trityum, yarısı kapatılacak olan 19 Kanada CANDU fisyon reaktörü tarafından üretiliyor. [...] Bu, yaklaşık 25 kilogramlık trityum stokunun 2030'a kadar zirveye ulaşacağı ve satılıp tükendikçe istikrarlı bir düşüşe başlayacağı anlamına geliyor.

Ve bu neden önemli? Elbette, füzyon çok daha bol izotoplar üzerinde çalışabilir ve vızıldayarak devam edebilir… Yine de onu ateşlemek için, bu gerçekten nadir şeylerden her zaman küçük bir miktara ihtiyacınız olacak.

Araştırmacılar 20 yılı aşkın bir süre önce füzyonun "trityum penceresinin" sonunda hızla kapanacağını fark ettiler ve o zamandan beri işler daha da kötüye gitti. ITER, trityum arzının azaldığı en erken 2035 yılına kadar DT'yi yakmayacak. ITER 2050'lerde çalışmayı bitirdiğinde - daha fazla gecikme olmazsa - geriye yalnızca 5 kilogram veya daha az trityum kalacak.

Konuyla ilgili makalenin tamamını buradan okuyun - Son derece anlayışlı ve iyi kaynaklı buldum. Füzyon, bir bakıma, insanlığın ömür boyu bir kez nükleer güçle çalışan bir uygarlık inşa etme girişiminin bir yan ürünüdür... Hepsi yenilenemeyen metallere, fosil yakıtlara ve kuma dayalıdır - kaderimizde tükenmeye mahkum olan malzemelerdir. gelecek onlarca yıl

İster güneş panelleri tarafından yakalansın ister Dünya'da füzyon yoluyla yaratılsın, sonsuz enerji hayal etmeye devam ederken, bu karmaşık teknolojiler tarafından inşa edilmesi ve sonunda tüketilmesi gereken yenilenemeyen malzemelerin miktarını kasten unutuyoruz.

En iyi örnek için, Niobium-Titanium tellerinden yapılmış altı poloidal alan bobinine (güçlü manyetik alanı oluşturan - bu arada isimlerine bayılıyorum) bir göz atın. Bunlar, Home Depot'ta satın aldığınız şeyler değildir:

Çapları 17 ila 24 metre arasında değişen ve ağırlıkları 200 ila 400 ton arasında değişen PF2, PF3, PF4 ve PF5 bobinleri, saha dışında üretilip ITER'ye sevk edilemeyecek kadar büyüktür.

ITER'deki insanlar, projelerinin ne kadar tamamen ölçeklenemez bir tek boynuzlu at olduğu gerçeğini kesinlikle gizlemiyorlar. Çin'deki nadir toprak madenlerinden başlayarak operasyonun arkasındaki tüm tedarik zincirini bir deneyin ve hayal edin: Dakikada galonlarca dizel yakan damperli kamyonlar ve ekskavatörlerle sınırlı bir Niobium rezervi çıkarmak ve zehirli ve oldukça radyoaktif bir kuyruk bırakan rafineriler. arkasında gölet. Sonra bu egzotik metalleri eritmek ve bu özel alaşımı yapmak için izabe tesislerinde yakılan kömür ve doğal gaz miktarını bir düşünün… Sahada yüzlerce ton madeni taşıyan gemi ve kamyonlarda (yine) yakılan mazot miktarı, tüketilen elektrik imalat montaj süreci vb… Şimdi, bir füzyon reaktörünü inşa etmek, sürdürmek ve çalıştırmak için ne tür enerji ve sınırlı malzeme girdilerinden bahsettiğimi anlamaya başlıyorsunuz. Tekrar,

Şu anda tanık olduğumuz 6. kitlesel yok oluşa yol açan (fosil yakıtlar biçimindeki) sınırsız enerji kullanımı tam da buyken, neden Dünya'ya neredeyse sınırsız bir füzyon enerji santrali kurmayı amaçlayalım? Bütün bunlarla kimi etkilemek istiyoruz?

Yarı ölü bir biyosferi miras alan, radyoaktif atıklarla, sonsuza dek kimyasallarla, kullanılmış pillerle ve boş çöller arasında sular altında kalmış metropollerle dolu torunlarımız kesinlikle biraz eğlenmeyecekler. Enerji tüketimindeki her artışla birlikte - gördüğümüz gibi - madencilikten imalata, ormansızlaşmadan çölleşmeye ve nihayetinde israfa kadar ekosidal faaliyetlerde bir artış geliyor - ve bu sefer farklı olacağını düşünüyorsanız... Pekala, o zaman benim bir seni satmak için köprü. Böylesine "temiz ve bol" bir enerji kaynağıyla donanmış şirketler, kaynak ve nihayetinde kâr arayışı içinde Dünya gezegeninden geriye kalan çok az şeyi on yıllar içinde kesinlikle yok edeceklerdir.

Millet, bu saçmalık. Yavaş yavaş ölmekte olan bir ekosisteme sahip aşırı ısınmış bir gezegende, bariz bir şekilde petrol ve gaz üretimindeki uzun süreli düşüşün eşiğindeyiz. Ve en büyük umudumuz, en iyi ve en parlak füzyon şeklimize kadar, bu gerçekten intihara meyilli kaynak çıkarma oranını onlarca yıl daha sürdürmeyi başarabilmemiz mi? Yok canım? Sadece o zamana kadar ateşleme yakıtımızın biteceğini ve muhteşem tek boynuzlu atımızın milyarlarca dolarlık bir radyoaktif (2) hurda metal yığınından başka bir şey olmayacağını, yeni reaktörlerin üretimini bırakın, kendi kendine güç sağlayamayacağını anlamak için. kendi türünden mi? Birisi, herhangi biri, bunu ciddi olarak düşündü mü? Aklı başında kim tüm bunlar için bütçeyi onayladı?!

Cidden, içinde bulunduğumuz korkunç çıkmazı bilerek, tamamen farklı bir iklime geçiş yapan bir gezegende nasıl yiyecek, giyecek ve konut üreteceğimizi öğrenmek ve yeniden öğrenmekle meşgul olmalıyız. Kaynak ve enerji mevcudiyetindeki doğal düşüşle paralel olarak, teknoloji kullanımını nasıl yeniden ölçeklendireceğimize dair bir plana umutsuzca ihtiyacımız var. İnsanların çağımızdan önce nasıl yaşadıklarına bir göz atmalı ve hem maden kaynakları/enerji hem de yaşamın kendisi açısından ciddi şekilde tükenmiş bir dünyada hangi teknolojilerin ve bilimsel bilginin faydalı hale getirilebileceğini görmeliyiz.

Fosil yakıtlar ve mineraller, tükenme nedeniyle onları terk edebileceğimizden daha erken terk edecekler. Sonuç olarak, ne yaparsak yapalım, endüstriyel uygarlık önümüzdeki yüz yıl içinde yok olup gidecek. Bununla birlikte, hikaye ilerledikçe kendimizi nükleer bombayla unutulmayacağımızı varsayarsak, bu süreçte bir şeyler öğrenebiliriz… Yüksek teknolojinin düşüşü, Doğanın iyileşmesi ve bizim daha akıllı ve çok daha fazlası olmamız için de bir şans verecektir. , sürdürülebilir. Füzyon, bu büyük "başarıya" rağmen, sonsuza kadar gökte bir pasta olarak kalacak. Bundan sonra da her zaman 25 yıl olacak, tıpkı yarım asır önce olduğu gibi… ta ki insanlar sonunda unutana kadar. Birkaç yüz yıl sonra insanlar çocuklarına bunun ne anlama geldiğini bile açıklayamayacaklar.

Ancak şu an için füzyon devasa ölçekte bir zaman, para ve kaynak kaybıdır. Bizim durumumuzda gerçekten mantıklı olabilecek ve bizi öndeki darboğazdan görebilecek diğer birçok şeyi yapmamızı engelliyor ve dikkatimizi dağıtıyor. O zaman bunlara odaklanalım ve füzyon destekli teknotopyayı ait olduğu yerde bırakalım: henüz yazılmamış tarih kitaplarının sayfaları için.

Bir sonrakine kadar,

B

notlar:

(1) Şu anda, füzyon sırasında açığa çıkan muazzam enerjiden nasıl yararlanacağımızı yalnızca tahmin edebiliyoruz. Çoğu, ısı ve elektromanyetik radyasyon artı bazı yüksek enerjili parçacıklar şeklinde gelir. Bununla ne yapacağız? Suyu kaynatıp buhar türbini döndürmek mi? Enerji dönüşüm oranı ne olurdu? en fazla %30? Bekle, bunu 30 saniyelik patlamalarda mı kullanmayı planlıyoruz? Her 30 saniyede bir soğutulması, parçalarına ayrılması ve onarılması gereken bir nükleer santrali hayal edin - kesinlikle işe yaramayacak.

(2) Füzyon sırasında nötronlar üretilir ve reaksiyon odasının duvarlarına fırlatılır. Nötr sorumlu olan elektromanyetik alanlar, odanın duvarlarına yapısal hasar vermelerini ve zamanla onu kırılgan bir radyoaktif hurda metal parçasına dönüştürmelerini engellemek için hiçbir şey yapamaz. Kullanılmış uranyum yakıt çubuklarının yanına gömülmesi gereken, geri dönüşüm umudu olmayan tehlikeli bir atık. İkisine de güvenli bir yer bulmada bol şans.