Otázka:
Co nám brání ve vytvoření reaktoru pro jadernou fúzi, protože již máme vodíkovou bombu fungující na stejném principu fúze?
Xinus
2017-05-02 07:23:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Od dětství už nějakou dobu nejsem z fyziky, takže mě prosím uveďte, pokud se vám níže uvedená otázka bude zdát příliš nováček.

Vyrostl jsem s pochopením, že reakce na jadernou fúzi je stále snem mnoha lidí, protože je to zdroj čisté energie bez vedlejších účinků jaderného odpadu, jaké pozorujeme při štěpení jader.

Teď jsem nedávno kontroloval princip, na kterém vodíková bomba funguje, a byl jsem šokován, že k výrobě této energie využívá jadernou fúzi. To odporovalo mému chápání, že jaderná fúze není sen, ale ve skutečnosti je to realita.

Takže pokud jsme již dosáhli jaderné fúze, proč z ní nemůžeme vytvořit jaderný fúzní reaktor, který by generoval veškerou energii, kterou potřebujeme? Proč také nemůžeme provést fúzní reakci v malém měřítku na Jupiteru (jak je uvedeno v mé další otázce), která nám může pomoci převzít vnější planety sluneční soustavy.

Také jsem chtěl vědět, jestli můžeme pokračovat v této fúzní reakci a vytvářet drahé těžké kovy - je to možné?

Trik spočívá v získávání energie způsobem, který můžete použít (a město, ve kterém je postavena) více než jednou.
Bomba je nekontrolovaná, krátkodobá a neudržitelná reakce.Energetický reaktor musí být kontrolovatelný, dlouhodobý, trvalá reakce.Výroba prvků nad železem by byla vysoce endotermická a neekonomická.
@BillN: Není nutně trvalé.Viděl jsem myšlenku „jaderného fúzního reaktoru“, kde byste spustili vodíkové bomby pod zemí a generovali geotermální energii, kterou byste pak konvenčně používali.Jakmile Země vychladne, sejmete vodovodní potrubí, vložíte další bombu, znovu vyvrtáte šachtu a vodovodní potrubí vložíte zpět.
Lidé to zkouší;je to základní myšlenka [fúze setrvačných omezení] (https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_confinement_fusion)
„Co nám brání ve vytvoření reaktoru pro jadernou fúzi, protože již máme vodíkovou bombu fungující na stejném principu fúze?“- Část „bomba“.
Všimněte si, že vodíkové bomby často nevytvářejí většinu své energie z fúze: generují ji tak docela dobře, ale většinou jde o štěpení.
Z tohoto důvodu to nemůžeme udělat: https://img.memesuper.com/e421511c1cababd252555939eedc143d_meme-nuclear-bomb-memesuper-nuclear-explosion-meme_625-468.jpeg
Energii z termonukleárních výbušnin bychom mohli zachytit vykopáním velké podzemní jeskyně, jejím naplněním vodou, periodickým odpalováním termonukleárních výbušnin ve středu a potrubím výsledné páry přes tepelný výměník k turbíně.Z různých dobrých důvodů to nikdy nebylo vyzkoušeno.
„* a byl jsem šokován, že k výrobě veškeré energie využívá jadernou fúzi *“ - pedantický stranou: značné množství energetického výnosu bomb s více megatonovou třídou může být způsobeno rychlým štěpením běžně ne-štěpného uranuplášť indukovaný velkým tokem neutronů fúzní reakce.Z článku Wikipedie „Termonukleární zbraň“: * „Palivo podstupující fúzní reakci emituje velký tok neutronů, který ozařuje tamper U-238 (nebo pouzdro bomby U-238), což způsobuje jeho štěpnou reakci a poskytujeasi polovina celkové energie. “*
Bomba musí pracovat jen milisekundu.Reaktor musí pokračovat v práci po miliardy milisekund.
@RBarryYoung - miliarda milisekund je [méně než dva týdny] (https://www.google.com/search?q=1+billion+milliseconds+in+days).V ideálním případě byste chtěli, aby reaktor vydržel značnou část [bilion milisekund] (https://www.google.com/search?q=1+trillion+milliseconds+in+roky).
@Malvolio Proto jsem řekl „* miliardy *“, množné číslo.
@RBarryYoung - pokud můžete bez omezení použít libovolné množné číslo, proč neříkat „milisekundy“?
Tři odpovědi:
anna v
2017-05-02 09:23:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Příklad Molotovovy bomby, oblíbené anarchisty, a motor automobilu jsou dobrou analogií. Technologie potřebná k zadržení energií ve fúzní reakci je mnohem těžší než technologie potřebná pro motor automobilu kvůli energiím MeV potřebným k zahájení fúze. Jakmile je zahájen, je výbušný, takže musí být zkonstruován do malých výbuchů, ze kterých lze nepřetržitě získávat energii.

Byly navrženy různé způsoby řízení fúze v horké plazmě tavitelných materiálů, zejména izotopů vodíku. Tokamak je základem mezinárodní spolupráce zaměřené na vybudování průmyslového prototypu ITER..

Je to hlavně inženýrský problém spojený se sociologickým problémem tolika inženýrů a vědců pracujících společně na projektu řízeném mnoha výzkumnými ústavy. („příliš mnoho kuchařů kazí vývar“)

Také jsme chtěli vědět, jestli můžeme v této fúzní reakci pokračovat a vytvářet vzácné těžké kovy, je to možné?

Těžké kovy jsou na špatné křivce pro fúzi, k čemuž může dojít u prvků až po železo. Každá konkrétní reakce bude muset být zvážena a bude to úplně jiný problém.

Další analogií může být Solid Rocket Booster používaný na raketoplánu ke zvednutí raketoplánu do vesmíru versus ... Solid Rocket Booster ve [velmi špatný den] (https://www.youtube.com/watch?v= j4JOjcDFtBE) pro studené O-kroužky všude.Schopnost vyvolat reakci je zjevně snazší než ji ovládat!
Souvisí s výše uvedeným komentářem Corta Ammona: [odpověď SF. Na * Selhaly SRB Challengeru kvůli designu pro opětovné použití? *] (Https://space.stackexchange.com/a/17322/415) na [space.se].
Další věc, kterou je třeba poznamenat, je, že musíme řetězovou reakci ovládat velmi přesně.Bylo by to jako pokusit se „[Tickle the Dragons Tail] (http://nerdist.com/tickling-the-dragons-tail-the-story-of-the-demon-core/)“ ovládat pouze exploze C4pokus.
Alf
2017-05-02 13:49:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Máte zde několik otázek, nejprve se zaměřme na hlavní otázku: proč na Zemi neexistuje funkční fúzní reaktor, protože již máme vodíkovou bombu?

Toto je zajímavá otázka, protože mnoho lidí mělo podobné očekávání, když byla v roce 1952 zapálena první vodíková bomba Ivy Mike . Pravděpodobně měli první štěpnou bombu, Trinity , zapálený v roce 1945 a první (štěpný reaktor) v jejich myslích, který se stal kritickým i několik let předem.

Přímo po druhé světové válce byl výzkum fúze prováděn v tajných laboratořích (Velká Británie, USA, Sovětský svaz). Brzy si však uvědomili, že využití energie uvolněné fúzní reakcí je trochu komplikovanější, než se původně očekávalo, a v roce 1955 se národní laboratoře zapojené do výzkumu fúze setkaly poprvé na mezinárodní konferenci ( 1. konference OSN o mírovém využívání atomové energie ). Viděli, že všichni mají podobné problémy, a proto bylo v roce 1958 rozhodnuto o odtajnění výzkumu fúze, což bylo docela pozoruhodné - pamatujte na studenou válku.

Jaké jsou hlavní rozdíly mezi reaktorem a fúzní bombou? V zásadě anna v odpověděl na všechno. V bombě se opravdu nestaráte o efektivitu, chcete pouze okamžité uvolnění obrovského množství energie. V reaktoru je však účinnost docela důležitá. Pojďme se krátce podívat na proces fúze.

Aby se spojily dvě světelná jádra, musí se k sobě dostat velmi blízko, aby překonaly elektrostatickou odpudivou sílu. Pouze pokud je jejich vzdálenost v řádu jejich poloměru, začne působit silná síla a vytvoří se nové jádro. Pokud úspěšně spojíte dvě lehká jádra, výsledné jádro má menší hmotnost než součet dvou původních jader - rozdíl se uvolní jako energie podle $ E = mc ^ 2 $.

Částice potřebují velmi vysokou rychlost, aby se k sobě přiblížily. Vyšší rychlost částic znamená vyšší teplotu a pro určitá čísla jsou pro aktuálně předpokládanou fúzní reakci deutrium + tritium vyžadovány teploty řádově 150 Mio ° C. Při tak vysokých teplotách je hmota ionizována a skládá se převážně z nabitých částic a označuje se jako plazma . Dosažení těchto teplot není problém. Abychom pochopili, jaké jsou problémy, podívejme se na fúzní reakci trochu podrobněji.

Deutrium + Tritium $ \ rightarrow $ Helium + neutron + energie

Uvolněná energie v reaktoru slouží dvěma účelům: výrobě elektřiny a udržování chodu fúzní reakce. V koncepci fúzního reaktoru, který se v současné době jeví jako nejslibnější, fúze magnetického omezení , používáme magnetické pole k uzavření plazmy v toroidním tvaru. Vzhledem k tomu, že neutron není ovlivněn magnetickou klecí, opouští pouze plazmu a naráží na stěnu (čímž se zahřívá stěna a teplo lze poté použít k výrobě elektřiny). Jádra helia jsou však ve svém pohybu ovlivňována magnetickým polem a my potřebujeme, aby zahřáli více deuteria a tritia na teploty dostatečně vysoké, aby mohly provádět více fúzních reakcí. To vyžaduje dobré zadržení a jak se ukázalo, není tak snadné udržet částice při tak vysokých teplotách dostatečně dlouho v magnetické kleci. Klíčovým parametrem je zde doba uvěznění , která se od roku 1950 neustále zvyšuje, ale je stále o něco příliš malá na to, aby bylo dosaženo rovnováhy .

Rovnováha je zde definována jako bod, kde je uvolněný výkon (ve fúzních reakcích) větší než externí topný výkon. Rekord byl dosažen na JET , aktuálně největším tokamaku na světě, dosažená hodnota byla 0,6 $. Cílem ITER je uvolnit poprvé více energie, než je počáteční topná energie.

Takže hlavní rozdíl v reaktoru spočívá v tom, že potřebujeme trvalý reakční proces, kdy je třeba energii reakčních produktů přenést do plazmy, čehož lze dosáhnout pouze tehdy, máme-li dostatečně velkou dobu zadržení.

Pokud jde o ostatní otázky, navrhuji položit jim samostatné otázky.

Update 1: Hodnota Q , což je poměr uvolněného výkonu k externě použitému topnému výkonu, se podle plánu v poslední fázi provozu dosáhne 10 ITER.Spuštěná elektrárna bude mít pravděpodobně o něco vyšší hodnotu, něco kolem 30. Po návratu domů prohledám složku referencí a uvidím, jestli tam najdu něco přesnějšího.

Dosažená hodnota byla 0,6 $ ... jaká je minimální požadovaná hodnota?$ 1,0 $?
1.0 znamená, že musíte utratit tolik energie, abyste udrželi reaktor v chodu, jak produkuje, než se kontejnment rozloží.Minimální požadovaná hodnota je mnohem větší než 1,0;koneckonců musíte nejen získat zpět náklady na energii pro provoz reaktoru, ale také náklady na jeho návrh a konstrukci a veškerý výzkum, který předcházel - a nezapomínejme na náklady na jeho zničení poté, co jeho reaktor skončilužitečný život.
Ano, prosím, chci se podívat na projekce hodnot ITER $ Q $.
@JörgWMittag Nevadí, že možná vyděláte malý zisk.Ekonomie je tak legrační.
peterh - Reinstate Monica
2017-05-02 08:24:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Smůla. V případě štěpení dochází k řetězové reakci nebo alespoň snadno iniciovatelnému procesu, který můžeme ovládat. K zahájení jaderné reakce by měla být nějakým způsobem snadno vyrobena aktivační energie v řádu MeV. V případě štěpení je to vyřešeno tím, že neutrony, které jsou neutrální, mohou vstoupit do jader na „zadní vrátce“.

S fúzí takový trik neexistuje. Mohlo by to být, ale tentokrát zákony přírody prostě nejsou nakonfigurovány pro naše štěstí.

Například pokud by poločas rozpadu mionu byl řádově 10 $ {^ 5} s $ namísto 10 ^ {- 6} s $, elektrárny studené fúze katalyzované mionem již může existovat. Mion rozpadající se 10krát pomaleji by neměl prakticky žádný vliv na vesmír (podle nejlepších současných znalostí).

Fúzní bomby fungují pomocí štěpné bomby jako iniciátoru. Analogickým řešením v mírové jaderné technologii by bylo použití běžné štěpné řetězové reakce, aby se nějakým způsobem katalyzovala fúze deuteria. Nefunguje to, neutrony nedokážou nic spojit.

Žádný vliv na vesmír, opravdu?A co vodíkové mraky, které by dokázaly zahájit fúzi bez extrémního tlaku a teploty?
@Ruslan Pokud by byl poločas rozpadu mionu v řádu 10 $ {^ 5 - s $ namísto 10 ^ {- 6} s $, nic by to nezměnilo.Vložil jsem do příspěvku.Nedělal by žádný hidrogenový mrak fúzovatelný, protože nic by do nich nevkládalo miony.
@Ruslan Kromě toho fúze katalyzovaná miony funguje pro deuterony, což je v mezihvězdném materiálu velmi vzácná věc (ve srovnání s běžným vodíkem).
@Ruslan Dále, pokud vím, modely velmi raného vesmíru ukazují, že náš by byl velmi podobný našemu současnému, kdyby 2. a 3. generace lepton / kvark nikdy neexistovaly.To je velký otevřený problém, nikdo vlastně neví, co jsou tyto částice.Vypadají naprosto zbytečně.


Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...