Ha az elmúlt években nem követte a legfrissebb híreket, a fúziós energia egyre közelebb kerül a valósághoz. Elméletileg ez az utópisztikus energiaforrás igény szerint gyakorlatilag korlátlan mennyiségű energiát biztosítana számunkra szén-dioxid vagy nukleáris hulladék kibocsátása nélkül. Vannak azonban akadályok az úton. A meglévő reaktorok több energiát használnak fel a magfúzió elindításához szükséges magas hő és nyomás létrehozására, mint amennyit valójában termelnek. Ráadásul ezek a gépek olyan hatalmasak, olyan összetettek és olyan egzotikus anyagokból épültek fel, hogy még ha nettó energianyereséget termelnének is, kereskedelmi felhasználásuk lehetetlen lenne. Itt jön a képbe a Zap Energy. Forradalmi reaktoruk sokkal egyszerűbb és olcsóbb megépíteni, mint bármely más fúziós reaktor. Nemrég elérte a hatalmas, 37 millió Celsius fokos plazma hőmérsékletet! Tehát feloldhatja a Zap Energy a fúziós energiát?
Kezdjük azzal, hogy mi a fúzió, és miért olyan fontos ennek a hőmérsékletnek az elérése.
Az atommagfúzió az a folyamat, amely a Napot táplálja. A Nap túlnyomórészt hidrogénből áll, és magjában a hőmérséklet és a nyomás olyan magas, hogy a hidrogénatomok ütközésének elegendő mozgási energiája van ahhoz, hogy legyőzze az atomokat egymástól távol tartó taszító erőket. Ezek az ütközések két hidrogénatom összeolvadását okozzák egy nagyobb héliumatommá, de mivel egy héliumatom valamivel könnyebb két hidrogénatomnál (mivel kevesebb gluon van a magjában), ez a túlsúly energiává alakul és felszabadul. Ahogy Einstein a híres E=MC² egyenletében megállapította, kis mennyiségű tömeg hatalmas mennyiségű energiával egyenlő. Ez azt jelenti, hogy egyetlen termonukleáris reakció hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel sugárzás és hő formájában.
Hogy ezt a perspektívát szemléljük, ha 17 tonna hidrogént kombinálnánk, a felszabaduló energia elegendő lenne egész Amerika energiaellátására egy évre, csak héliumot hagyva hátra. Nincs szén-dioxid-kibocsátás. Nincs nukleáris hulladék.
A modern reaktortervek vagy nagy teljesítményű lézereket vagy hatalmas szupravezető mágneseket használnak a hidrogénplazma melegítésére és tömörítésére, hogy fúziót hozzanak létre. Nem tudjuk újrateremteni a Nap magjában uralkodó nyomást, ezért a fúziós reaktoroknak sokkal magasabb hőmérsékletet kell elérniük a kompenzáció érdekében. A Zap Energy 37 millió Celsius foka messze nem a fúziós reaktorban elért legmagasabb hőmérséklet, de elegendő ahhoz, hogy a reaktoron belül megtörténjen a fúzió.
Oké, akkor miért olyan ígéretes ez a reaktor?
Az összes többi reaktortól eltérően ez nem használ hatalmas és összetett lézereket vagy szupravezető elektromágneseket. Ehelyett magát a hidrogénplazmát használja a melegítéshez és a tömörítéshez. Hadd magyarázzam el.
A Zap Energy reaktor mögötti fizikát először Ausztráliában fedezték fel. A vihar után egy cső alakú villámhárítót találtak teljes hosszában teljesen összetörve. Kiderült, hogy ezt a deformációt villámcsapás okozta. Amikor hatalmas elektromos áram haladt át a csövön, mágneses mező keletkezett, mint minden vezetéken átfolyó áram esetében. Az üreges cső alakja miatt azonban ez a mágneses tér befelé húzta a csövet. A villám ereje olyan erős mágneses teret hozott létre, hogy összezúzta a csövet. Ezt a jelenséget Z-csípésnek nevezik.
A Zap Energy mögött meghúzódó ötlet egy olyan gép megépítése, amely cső alakú forró hidrogénplazmát tud előállítani, majd elég erős elektromos áramot vezet át ezen a plazmán, hogy elég erős Z-csípés jöjjön létre ahhoz, hogy a forró plazmát erőteljesen összenyomja és fúziót idézzen elő. . Így nincs szükség hatalmas lézerekre vagy szupravezető elektromágnesekre, amelyek drágák és nagyon nem hatékonyak, így a nettó energianyereség még nehezebbé válik. Ehelyett plazmát használhatnak elektromágnesként, ami lényegesen olcsóbb és potenciálisan hatékonyabb, mivel közvetlenebb módszer.
Ez az ötlet korántsem új. A tudósok évtizedek óta kísérleteztek a Z-csípős fúzióval, de soha nem tudták működésre bírni. A plazma nem tartotta meg elég sokáig az alakját, emiatt elvesztette Z-csípés hatását, és gyorsan lehűlt, lehetetlenné téve a fúziót.
De a Zap ezt a problémát folyadékdinamikával megoldotta. Reaktoruk hatékonyan fújja a hidrogénplazma gyűrűit, amelyek átfolynak egy hengeres reaktorkamrán. Ez létrehozza a nyíróáramlás stabilizálásának nevezett jelenséget (hasonlóan a lamináris áramláshoz), amelyben a rétegek különböző sebességgel mozognak, egyenletes és stabil áramlást hozva létre. A folyadékmechanika köztudottan összetett, így egyelőre csak annyit kell tudnunk, hogy ez az innováció elegendő ahhoz, hogy a plazmát formában tartsa, lehetővé téve, hogy a Z-csípés kellőképpen felmelegítse és összenyomja a plazmát ahhoz, hogy elérje a fúzióhoz szükséges feltételeket.
Oké, akkor ez miért fontos?
Vegyük például a NIF reaktort, amely lézereket használ a fúzió eléréséhez. Nettó energianyereséget ért el! De csak a hidrogénbe belépő és onnan kilépő energia tekintetében. A lézer annyira nem hatékony, hogy a teljes gép még mindig sokkal több energiát használ fel, mint amennyit a fúzió során termel. A szupravezető elektromágneseken alapuló tokamakok ugyanezzel a problémával szembesülnek: az óriási elektromágneseket az abszolút nulla közelében kell tartaniuk, miközben hüvelyknyi távolságra kell lenniük a Napnál melegebb plazmától, így nagyon nem hatékonyak. A tokamakoknak a plazmaveszteségeket is kezelniük kell, és mivel ezek a reaktorok olyan drágák és nehezen működtethetők, a fejlesztés ezen a területen nagyon lassú.
Mivel a Zap Energy reaktor nem használ lézereket vagy szupravezető elektromágneseket, eleve sokkal hatékonyabb lehet, így a valódi nettó energianyereség elérése sokkal könnyebbé válik. Ráadásul ezáltal a reaktor sokkal olcsóbb, gyorsabban felépíthető, és sokkal egyszerűbb és olcsóbb az üzemeltetése. Így az ezekhez a reaktorokhoz szükséges plazmavezérlési protokollok kidolgozása a nettó energianyereség eléréséhez sokkal gyorsabban és alacsonyabb költséggel történhet. Ez azt is jelenti, hogy ha valaha is sikerül kifejleszteniük egy használható fúziós reaktort, amely energiát termel, egyszerű és olcsó természete azt jelenti, hogy életképes energiaforrás lehet, ellentétben az összes többi fúziós reaktorral, amelyek túl drágának és lassúnak tűnnek. életképes energiaforrások legyenek.
Tehát bár úgy tűnhet, hogy a Zap Energy le van maradva más fúziós projekteknél, amelyek magasabb hőmérsékletet vagy akár nettó energianyereséget értek el, ne legyen túl gyorsan leírva. Egyszerű megközelítésük villámgyors és jelentős előrelépéshez vezethet a fejlesztésben, és lehet, hogy ők az egyetlen fúziós projekt, amely képes olyan terméket létrehozni, amelyet valóban felhasználhatunk. Mivel a Zap Energy megközelítése annyira egyedi, számukra a továbblépés messze nem egyértelmű. Nagyon sok láthatatlan akadály és zsákutcás fejlődési út állhat előttük. De egy kis szerencsével és kemény munkával a Zap Energy valósággá teheti a fúziós energiát.
