L’amenaça nuclear mundial es va intensificar els darrers mesos després que Corea del Nord construís armes nuclears i l’amenaça del president Donald Trump contra el perillós líder del país. L'escalada de les tensions va provocar fins i tot que el rellotge Doomsday Clock s'acostés a mitjanit.
No obstant això, malgrat el seu potencial per destruir el món i amenaçar la nostra existència, l’energia nuclear també té el potencial per resoldre les necessitats d’energia urgent del planeta.
En els darrers anys, grups d’empreses privades han anat saltant al carro de la investigació, a causa dels avenços tecnològics i de la nostra comprensió de coses com els superconductors. Google recentment s’ha unit amb experts en fusió nuclear per desenvolupar un algorisme per resoldre problemes complexos d’energia, i MIT ha dit recentment que la fusió nuclear podria estar a la xarxa en només 15 anys.
Més recentment, els científics creuen que poden haver desbloquejat un dels misteris de la fusió nuclear mirant les estrelles que exploten. L'equip, delEl grup d’Investigació Astrofísica Experimental amb Làser de la Universitat de Michigan va examinar com la calor juga un paper en la manera com es barregen els materials durant una supernova: el punt de llum que es crea quan una estrella arriba al final de la seva vida i explota. Aquestes explosions produeixen grans quantitats d’energia, en algun cas més del que donarà el nostre sol al llarg de tota la seva vida.
El paper que juga la calor en aquestes reaccions de fusió a l’espai s’ha ignorat en gran mesura i els científics han intentat imitar aquestes reaccions a la Terra per ajudar a impulsar els avenços de l’energia nuclear. Mitjançant la barreja de diferents plasmes amb diversos elements, inclosos ferro, heli de carboni i hidrogen, en condicions de laboratori, els investigadors han estat capaços d’establir que els fluxos d’energia fan que la calor pugi i baixi, cosa que té un impacte significatiu en la forma en què els elements es barregen amb la plasmes. Això no s’ha considerat d’aquesta manera, en experiments anteriors, i finalment podria tenir la clau per fer la fusió nuclear més sostenible a la Terra. La investigació es publica a Comunicacions sobre la Natura.
Què és l'energia nuclear?
Tot i que l'energia nuclear té el potencial de proporcionar als humans una energia gairebé il·limitada, la física que hi ha darrere de l'energia nuclear implica interaccions entre algunes de les partícules més petites que es puguin imaginar. Al centre de cada àtom de l'univers hi ha una petita col·lecció de protons i neutrons anomenada nucli. El nombre de protons i neutrons del nucli determina quin element és l’àtom i el nucli constitueix la majoria de la massa d’aquest àtom.
A l'interior del nucli, els protons i els neutrons estan units per una de les quatre forces fonamentals de la física anomenada força forta. Com el seu nom indica, la força forta és la més forta de les quatre, però només funciona a petites distàncies, com les que hi ha dins d’un nucli. Els altres ho sóngravitatòria, electromagnètica i feble. Aquest vídeo descriu les diferències i com ens afecten:
Els àtoms són principalment espai buit. Si un àtom tingués la mida d’un estadi de futbol, el nucli tindria aproximadament la mida d’una mosca al centre. L’altra part d’un àtom són els electrons del núvol que orbiten al voltant del nucli d’un àtom, però la força forta no s’aplica als electrons. En canvi, estan units per forces electromagnètiques, ja que tenen una càrrega negativa mentre el nucli està carregat positivament.
En termes generals, la física nuclear implica la fabricació o la ruptura d’un nucli. Tots dos són processos a través dels quals es perd una mica de massa i alliberen grans quantitats d’energia.
Per què és tan important l'energia nuclear?
Des dels anys cinquanta, els físics intenten imitar el procés que potencia el Sol controlant la fusió d’àtoms d’hidrogen en heli. La clau per aprofitar aquest poder és confinar boles d’hidrogen gas ultra calentes anomenades plasmes fins que la quantitat d’energia que surt de les reaccions de fusió equival a més de la que es va posar. Aquest punt és el que els experts en energia anomenen equilibri i, si pot, Si s’aconsegueix, representaria un avanç tecnològic i podria proporcionar una font il·limitada i abundant d’energia sense carboni.
Probablement coneixereu l’equació més famosa d’Einstein, E = mc ^ 2. Això afirma que la quantitat d'energia alliberada quan es perd una mica de massa és igual a la massa multiplicada per la velocitat de la llum al quadrat. La velocitat de la llum és força gran.
Consulteu la central nuclear de Txernòbil flotant de Rússia, que acaba de llançar-se, desafia el repte Faraday: el Govern invertirà 246 milions de lliures esterlines per convertir el Regne Unit en un líder en tecnologia de bateries El mapa de bombes nuclears revela la probabilitat de sobreviure a un atac nuclear Què és Trident? La dissuasió nuclear del Regne Unit explicava els desastres de Txernòbil i Fukushima: què passa amb les zones d’exclusió nuclear quan els humans marxen?
El nucli més petit de qualsevol element està format per un sol protó, que es troba en els àtoms d’hidrogen. L’hidrogen, juntament amb l’heli, el liti i el beril·li, són els elements més lleugers de l’univers, cosa que significa que no cal molta energia perquè es formin. Aquests elements lleugers es van formar al principi de l’univers, quan tenia uns tres minuts i tenia prou fred perquè els protons i els neutrons s’unissin. Aquesta és una de les raons per les quals els plasmes d’hidrogen es consideren la millor font d’extracció d’energia nuclear a la Terra.
Després d’aquests primers quatre elements, l’univers va tocar una paret. Es necessitava més energia per als següents 88 elements de la taula periòdica, per tal de superar els protons que es repel·lien mútuament amb les seves càrregues positives, i perquè aquesta fusió nuclear hagi d’entrar en joc.
Llavors, què és la fusió nuclear?
Gairebé tot el que ens envolta va ser creat dins d’una estrella. Les estrelles comencen amb l’hidrogen, que s’uneixen per formar heli. Aquest procés continua, alliberant energia i escalfant l'estrella.
És aquesta reacció, que utilitza l’hidrogen com a combustible, la que fan científics i equips com aquellsTAE Technologiesintenten imitar per aconseguir energia de fusió nuclear. Quan els nuclis de deuteri i triti, que es poden trobar a l’hidrogen, es fonen, formen un nucli d’heli, un neutró i molta energia.
com posar shaders a Minecraft
Com que la fusió nuclear requereix grans quantitats d’energia per iniciar les reaccions, el procés s’ha demostrat difícil de copiar a la Terra. Cal una immensa pressió i temperatures d’uns 150 milions de graus per aconseguir que els àtoms es combinin en un reactor de fusió.
Quan una estrella de la mida del nucli del nostre sol queda sense hidrogen (la seva font de combustible) comença a morir. L'estrella moribunda s'expandeix en un gegant vermell i comença a produir àtoms de carboni fusionant àtoms d'heli. Les estrelles més grans poden crear elements més pesats, des de l’oxigen fins al ferro, en una altra sèrie de combustió nuclear. Qualsevol cosa més pesada que el ferro es crea en una supernova, l’explosió gegant al final de la vida d’una estrella massiva.
Com es relaciona la fusió nuclear amb la fissió nuclear?
L’energia nuclear, tal com la coneixem a la Terra, utilitza una reacció nuclear diferent, anomenada fissió.
Quan els elements comencen a expandir-se, com ara l’urani o el plutoni, amb més protons i neutrons empaquetats dins del nucli, és possible dividir-los en elements més petits colpejant-los amb neutrons. Això també es tradueix en un canvi de massa, alliberant grans quantitats d’energia.
El problema rau en els anomenats posteriors productes de les reaccions. Aquestes substàncies són altament radioactives, cosa que les fa increïblement perilloses i és l’inconvenient més important de l’energia nuclear.
Els residus radioactius s’han de manejar de manera increïble i la millor manera que tenim actualment d’eliminar-los és enterrar-los profundament sota terra. Però fa que els reactors nuclears siguin llocs perillosos i els desastres en què s’han filtrat residus radioactius han provocat terribles conseqüències, com el desastre de Txernòbil el 1986 i Fukushima.
Quines empreses treballen en la fusió nuclear?
AMB
Treballant amb la firma privada Commonwealth Fusion Systems, els investigadors del MIT van idear recentment una nova generació d’experiments de fusió i centrals elèctriques que utilitzen superconductors a alta temperatura. Tot i que encara no s’ha realitzat, l’associació pretén construir un dispositiu compacte anomenat SPARC.
Una vegada que els electroimants superconductors per SPARC s'han desenvolupat, que s'espera que sigui en els propers tres anys, SPARC els utilitzarà per generar 100 milions de watts, o 100 megawatts (MW), de potència de fusió. Tot i que no convertirà aquesta calor en electricitat, produirà tanta energia com la que utilitza una petita ciutat, més del doble de la que s’utilitzava per escalfar el plasma, creant finalment una energia neta positiva a partir de la fusió per primera vegada. Si té èxit, això podria ajudar a crear un prototip a gran escala d’una central elèctrica de fusió i posar el món en el camí de la fusió nuclear en només 15 anys.
Aquesta investigació segueix el treball que estan realitzant Google iTAE Technologies, que s’autodenomina l’empresa privada de fusió més gran del món, i la seva màquina gegant de plasma ionitzat C2-U. Google va construir un algorisme dissenyat per accelerar els experiments de física del plasma i l’objectiu final de Tri Alpha Energy, de manera similar al CFS, és construir la primera central elèctrica comercial basada en la fusió. Com més ràpid pot completar experiments, més ràpid i barat pot assolir aquest objectiu i moure el món cap a una font d’energia més sostenible i neta.
LLEGIR SEGÜENT: Sobreviure a un atac nuclear
L’augment de la investigació del sector privat sobre la fusió nuclear reflecteix l’enorme premi en joc: una nova manera de generar electricitat abundant, responsable mediambientalment i segura, el professor Ian Chapman, conseller delegat de l’Autoritat d’Energia Atòmica del Regne Unit. dit .
Per dur a terme experiments d’aquest tipus, cal limitar el plasma (boles de gas ultra calentes) durant llargs períodes de temps.TAE Technologieslimita aquests plasmes mitjançant un mètode anomenat configuració inversa al camp que es preveu que serà més estable a mesura que l’energia augmenta, en contrast amb altres mètodes en què els plasmes són més difícils de controlar a mesura que els escalfeu.
TAE Technologies ’C-2U empeny aquests experiments al límit de la quantitat d’energia elèctrica que es pot aplicar per generar i confinar el plasma en un espai tan reduït en tan poc temps. Optimitzar la configuració (la màquina té més de 1.000 botons) i gestionar el comportament del plasma és un problema complex i és aquí on entra l’algorisme optometrista de Google.
Com a enginyer de programari de Google, Ted Baltz explica , la màquina C-2U realitza una captura de plasma cada vuit minuts i cada tirada consisteix a crear dues bombolles de plasma que giren dins del buit de C-2U. Aquestes bombolles es trenquen a més de 600.000 milles per hora per crear una bola de plasma més gran i més calenta que gira.
LLEGIR SEGÜENT: Què és un algorisme ?
La bola de plasma es colpeja contínuament amb feixos de partícules fets d’àtoms d’hidrogen neutres per mantenir-la girant. Els camps magnètics mantenen la bola giratòria fins a 10 mil·lisegons. De Google algorisme pren tots els paràmetres des del nombre de configuracions fins a la qualitat del buit i l'estabilitat dels electrons per presentar solucions als físics humans.
Com funcionen les bombes nuclears?
Els Estats Units van ser el primer país a desenvolupar armes nuclears, seguit de Rússia el 1949. A partir del 2016, s'estima que els EUA tenen al voltant de 7.000 ogives nuclears, incloses les armes retirades, emmagatzemades i desplegades. Es diu que Rússia té al voltant de 7.300 ogives, França en té uns 300 i el Regne Unit en té 215. Corea del Nord, vista com una de les amenaces nuclears més significatives dels temps moderns, té un nombre desconegut de dispositius, tot i que les estimacions situen el nombre al voltant de 10 .
Totes les armes nuclears fan servir la fissió per generar les seves devastadores explosions. Les primeres armes, inclòs el nen petit llançat a Hiroshima durant la Segona Guerra Mundial, van crear la massa crítica necessària per iniciar una reacció en cadena de fissiódisparant un cilindre buit d’urani-235 contra un objectiu fabricat amb el mateix material.
LLEGEIX MÉS: Què és una bomba d’hidrogen?
Aquesta tècnica ha avançat en els darrers anys i, en les armes actuals, la massa crítica depèn de la densitat del material. Aquestes armes detonen explosius químics al voltant d’un anomenat pou d’urani-235 o plutoni-239 de metall. Aquests isòtops són els elements més comuns capaços de passar per fissió. L’urani i el plutoni es troben naturalment en dipòsits minerals, tot i que en petites quantitats (menys de l’1% en el cas de l’urani i encara menys en el cas del plutoni), cosa que significa que cal fabricar-los. Aquest és un procés costós i que consumeix molt de temps i és la principal barrera per construir més lliurement les bombes nuclears.
LLEGIR SEGÜENT: Quina diferència hi ha entre una bomba d’hidrogen i una bomba atòmica?
com connectar el meu chromecast a wifi
En les explosions nuclears modernes, l'explosió bufa cap a l'interior, forçant junts els àtoms de la fossa. Un cop aconseguida la massa crítica, s’utilitzen neutrons per crear una reacció en cadena de fissió que, per torns, crea l’explosió atòmica. Les armes de fusió termonuclear utilitzen l'energia de l'explosió de fissió per forçar els isòtops d'hidrogen creant una bola de foc que s'acosta a temperatures tan calentes com el sol.
