Ancaman nuklear global meningkat dalam beberapa bulan terakhir berikutan dakwaan Korea Utara sedang membangun senjata nuklear dan ancaman presiden Donald Trump terhadap pemimpin berbahaya negara itu. Ketegangan yang semakin meningkat malah menyebabkan Jam Doomsday semakin hampir menjelang tengah malam.
Namun, walaupun berpotensi untuk memusnahkan dunia, dan mengancam keberadaan kita, tenaga nuklear juga berpotensi untuk menyelesaikan keperluan kuasa planet yang mendesak.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak syarikat swasta telah memasuki jalur penyelidikan, disebabkan oleh kemajuan teknologi dan pemahaman kita tentang perkara-perkara seperti superkonduktor. Google baru-baru ini bekerjasama dengan pakar peleburan nuklear untuk mengembangkan algoritma untuk menyelesaikan masalah tenaga yang rumit, dan MIT baru-baru ini mengatakan peleburan nuklear dapat berada dalam jaringan hanya dalam 15 tahun.
Baru-baru ini, saintis percaya bahawa mereka mungkin telah membuka salah satu misteri peleburan nuklear dengan melihat bintang yang meletup. Pasukan, dariKumpulan Pusat Penyelidikan Astrofizik Eksperimen Laser Universiti Michigan, melihat bagaimana haba berperanan dalam cara bahan bercampur semasa supernova - titik cahaya yang dihasilkan ketika bintang mencapai akhir hayatnya dan meletup. Letupan ini mengeluarkan sejumlah besar tenaga, dalam beberapa keadaan lebih banyak daripada yang akan dikeluarkan oleh matahari kita sendiri sepanjang hayatnya.
Peranan haba dalam tindak balas pelakuran seperti itu di ruang angkasa telah banyak diabaikan dan para saintis telah berusaha meniru reaksi sedemikian di Bumi untuk membantu mendorong penembusan tenaga nuklear. Dengan mencampurkan plasma yang berlainan dengan pelbagai unsur termasuk besi, helium karbon, dan hidrogen dalam keadaan makmal, para penyelidik dapat membuktikan bahawa fluks tenaga menyebabkan panas naik dan turun, yang mempunyai kesan yang signifikan terhadap bagaimana unsur-unsur bercampur dengan plasma. Ini tidak dipertimbangkan dengan cara ini, dalam eksperimen sebelumnya, dan akhirnya dapat memegang kunci untuk menjadikan peleburan nuklear lebih mampan di Bumi. Penyelidikan ini diterbitkan dalam Komunikasi Alam.
Apa itu tenaga nuklear?
Walaupun tenaga nuklear berpotensi memberi manusia tenaga hampir tanpa had, fizik di sebalik tenaga nuklear melibatkan interaksi antara sebilangan zarah terkecil yang dapat dibayangkan. Di pusat setiap atom di alam semesta terdapat sekumpulan kecil proton dan neutron yang disebut inti. Jumlah proton dan neutron dalam nukleus menentukan unsur atom mana, dan inti membentuk sebahagian besar jisim atom itu.
Di dalam nukleus, proton dan neutron diikat bersama oleh salah satu daripada empat daya asas dalam fizik yang disebut kekuatan kuat. Seperti namanya, kekuatan kuat adalah yang terkuat dari keempat-empatnya, tetapi ia hanya berfungsi dalam jarak kecil - seperti yang ada di dalam nukleus. Yang lain adalahgraviti, elektromagnetik, dan lemah. Video ini menerangkan perbezaan dan bagaimana kesannya terhadap kami:
Atom terutamanya ruang kosong. Sekiranya atom adalah ukuran stadium bola sepak, inti kira-kira seukuran lalat di tengahnya. Bahagian lain dari atom adalah elektron awan yang mengorbit inti atom, tetapi daya yang kuat tidak berlaku untuk elektron. Mereka sebaliknya diikat oleh daya elektromagnetik, kerana mereka mempunyai muatan negatif sementara inti bermuatan positif.
Secara amnya, fizik nuklear melibatkan pembuatan atau pemecahan inti. Kedua-duanya adalah proses di mana sejumlah kecil jisim hilang, dan ini membebaskan sejumlah besar tenaga.
Mengapa tenaga nuklear begitu penting?
Sejak tahun 1950-an, ahli fizik telah berusaha meniru proses yang memberi tenaga kepada Matahari dengan mengawal penyatuan atom hidrogen ke dalam helium. Kunci untuk memanfaatkan kekuatan ini adalah mengekang bola hidrogen ultra panas yang disebut plasma sehingga jumlah tenaga yang keluar dari tindak balas pelakuran setara dengan lebih banyak daripada yang dimasukkan. Titik ini adalah apa yang disebut pakar tenaga sebagai titik pulang modal dan, jika boleh dicapai, ia akan menjadi satu kejayaan teknologi dan dapat memberikan sumber tenaga karbon sifar yang tidak terhad dan banyak.
Anda mungkin akan mengetahui persamaan Einstein yang paling terkenal, E = mc ^ 2. Ini menyatakan bahawa jumlah tenaga yang dilepaskan ketika jisim kecil hilang sama dengan jisim yang didarab dengan kelajuan kuasa dua cahaya. Kelajuan cahaya adalah bilangan yang cukup besar.
Lihat loji tenaga nuklear Chernobyl terapung yang berkaitan di Rusia baru saja melancarkan Faraday Challenge: Kerajaan untuk melabur £ 246 juta untuk menjadikan UK sebagai peneraju teknologi bateri Peta bom nuklear menunjukkan betapa besar kemungkinan anda terselamat dari serangan nuklear Apa itu Trident? Pencegah nuklear Inggeris menjelaskan bencana Chernobyl dan Fukushima: Apa yang berlaku pada zon pengecualian nuklear ketika manusia pergi?
Nukleus terkecil dari unsur apa pun terdiri daripada hanya satu proton, yang terdapat dalam atom hidrogen. Hidrogen, bersama helium, litium dan berilium adalah unsur paling ringan di alam semesta yang bermaksud tidak banyak tenaga yang diperlukan untuk membentuknya. Unsur-unsur cahaya ini terbentuk di awal alam semesta, ketika berusia sekitar tiga minit dan cukup sejuk untuk proton dan neutron untuk bersatu. Inilah salah satu sebab mengapa plasma hidrogen dilihat sebagai sumber pengekstrakan tenaga nuklear terbaik di Bumi.
Selepas empat elemen pertama ini, alam semesta melanda dinding. Lebih banyak tenaga diperlukan untuk 88 elemen seterusnya dalam jadual berkala, untuk mengatasi proton yang saling menghalau satu sama lain dengan cas positif mereka, dan untuk ini peleburan nuklear harus dimainkan.
Jadi apa itu gabungan nuklear?
Hampir semua perkara di sekeliling kita diciptakan di dalam bintang. Bintang bermula dengan hidrogen, yang dipadatkan bersama untuk membentuk helium. Proses ini berterusan, membebaskan tenaga dan memanaskan bintang ke atas.
Reaksi inilah, menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, yang disukai oleh para saintis dan pasukanTAE Technologiescuba meniru untuk mencapai tenaga pelakuran nuklear. Apabila inti deuterium dan tritium - yang boleh didapati dalam hidrogen - sekering, mereka membentuk inti helium, neutron dan banyak tenaga.
cara menukar warna latar pada instagram
Kerana peleburan nuklear memerlukan sejumlah besar tenaga untuk memulakan reaksi, proses ini terbukti sukar untuk disalin di Bumi. Ia memerlukan tekanan dan suhu yang sangat besar sekitar 150 juta darjah untuk menyatukan atom dalam reaktor peleburan.
Apabila bintang ukuran inti matahari kita kehabisan hidrogen (sumber bahan bakarnya) ia akan mati. Bintang yang mati mengembang menjadi gergasi merah dan mula menghasilkan atom karbon dengan menyatukan atom helium. Bintang yang lebih besar dapat menghasilkan unsur yang lebih berat, dari oksigen hingga besi, dalam siri pembakaran nuklear yang lebih jauh. Apa-apa yang lebih berat daripada besi diciptakan dalam supernova, letupan raksasa pada akhir kehidupan bintang besar.
Bagaimana hubungan peleburan nuklear dengan pembelahan nuklear?
Tenaga nuklear, seperti yang kita ketahui di Bumi, menggunakan reaksi nuklear yang berbeza, yang disebut pembelahan.
Apabila unsur mula mengembang, seperti uranium atau plutonium, dengan lebih banyak proton dan neutron yang dibungkus di dalam nukleus, adalah mungkin untuk memecahnya kembali menjadi unsur yang lebih kecil dengan memukulnya dengan neutron. Ini juga mengakibatkan perubahan massa, melepaskan sejumlah besar tenaga.
Masalahnya terletak pada produk tindak balas yang disebut. Bahan-bahan ini sangat radioaktif, menjadikannya sangat berbahaya dan ini adalah kelemahan tenaga nuklear yang paling ketara.
Sisa radioaktif harus ditangani dengan sangat berhati-hati dan cara terbaik yang kita miliki saat ini untuk membuangnya adalah menguburkannya di bawah tanah. Tetapi ia menjadikan reaktor nuklear sebagai tempat yang berbahaya, dan bencana di mana sisa radioaktif telah bocor telah menyebabkan akibat buruk, seperti bencana di Chernobyl pada tahun 1986 dan Fukushima.
Syarikat mana yang mengusahakan peleburan nuklear?
DENGAN
Bekerja dengan firma swasta Commonwealth Fusion Systems, para penyelidik di MIT baru-baru ini merancang generasi baru eksperimen pelakuran dan loji janakuasa menggunakan superkonduktor suhu tinggi. Walaupun belum dapat direalisasikan, perkongsian itu bertujuan untuk membina peranti kompak yang dipanggil SPARC.
Sekali elektromagnet superkonduktor untuk SPARC telah dibangunkan, diharapkan dalam tiga tahun ke depan, SPARC akan menggunakannya untuk menghasilkan 100 juta watt, atau 100 megawatt (MW), kekuatan fusi. Walaupun tidak akan menjadikan haba itu menjadi elektrik, ia akan menghasilkan tenaga sebanyak yang digunakan oleh sebuah bandar kecil - lebih dari dua kali yang digunakan untuk memanaskan plasma, akhirnya menghasilkan tenaga bersih positif dari pelakuran untuk pertama kalinya. Sekiranya berjaya, ini dapat membantu membuat prototaip skala penuh loji tenaga fusi dan meletakkan dunia di jalan menuju pelakuran nuklear hanya dalam 15 tahun.
Penyelidikan ini menyusuli hasil kerja yang dilakukan oleh Google danTAE Technologies, yang menggelarkan dirinya sebagai syarikat gabungan swasta terbesar di dunia, dan mesin plasma terionisasi gergasi C2-U. Google membina algoritma yang dirancang untuk mempercepat eksperimen dalam fizik plasma dan tujuan utama Tri Alpha Energy, sama seperti CFS, adalah untuk membina loji kuasa komersial berasaskan gabungan pertama. Semakin cepat ia dapat menyelesaikan eksperimen, semakin cepat dan lebih murah dapat mencapai tujuan ini dan menggerakkan dunia ke arah sumber tenaga bersih yang lebih lestari.
BACA SETERUSNYA: Menghadapi serangan nuklear
Peningkatan penyelidikan sektor swasta mengenai peleburan nuklear mencerminkan hadiah besar yang dipertaruhkan - cara baru menjana elektrik yang bertanggungjawab, mesra alam dan selamat, Profesor Ian Chapman, Ketua Pegawai Eksekutif Penguasa Tenaga Atom UK kata .
Untuk menjalankan eksperimen seperti ini, plasma - bola gas yang sangat panas - perlu dikurung untuk jangka masa yang panjang.TAE Technologiesmembatasi plasma ini menggunakan kaedah yang disebut konfigurasi terbalik medan yang diramalkan akan menjadi lebih stabil apabila tenaga meningkat, berbeza dengan kaedah lain di mana plasma sukar dikawal semasa anda memanaskannya.
TAE Technologies ’C-2U mendorong eksperimen ini ke tahap berapa banyak daya elektrik yang dapat digunakan untuk menjana dan mengurung plasma dalam ruang yang kecil dalam waktu yang singkat. Mengoptimumkan tetapannya (mesin mempunyai lebih daripada 1,000 butang) dan mengurus tingkah laku plasma adalah masalah yang rumit dan di sinilah Algoritma Optometris Google masuk.
Sebagai jurutera perisian kakitangan kanan Google, Ted Baltz menerangkan , mesin C-2U menjalankan pukulan plasma setiap lapan minit dan setiap larian melibatkan penciptaan dua gumpalan plasma berputar di dalam vakum C-2U. Gumpalan-gumpalan ini dihancurkan lebih dari 600.000 batu per jam untuk menghasilkan bola plasma yang lebih besar dan panas yang berputar.
BACA SETERUSNYA: Apa itu algoritma ?
Bola plasma kemudian dipukul secara berterusan dengan rasuk zarah yang terbuat dari atom hidrogen neutral untuk tetap berputar. Medan magnet menahan bola berputar selama 10 milisaat. Google algoritma mengambil semua parameter dari jumlah tetapan hingga kualiti vakum dan kestabilan elektron untuk memberikan penyelesaian kepada ahli fizik manusia.
Bagaimana bom nuklear berfungsi?
AS adalah negara pertama yang mengembangkan senjata nuklear, diikuti oleh Rusia pada tahun 1949. Pada tahun 2016, dianggarkan bahawa AS mempunyai sekitar 7.000 hulu ledak nuklear, termasuk senjata yang sudah bersara, disimpan, dan digunakan. Rusia dikatakan memiliki sekitar 7,300 hulu ledak, Perancis memiliki sekitar 300 dan Inggris memiliki 215. Korea Utara, yang dilihat sebagai salah satu ancaman nuklear paling penting pada zaman moden ini, mempunyai sejumlah alat yang tidak diketahui, walaupun anggaran menjadikan jumlahnya sekitar 10 .
Semua senjata nuklear menggunakan pembelahan untuk menghasilkan letupan yang dahsyat. Senjata awal, termasuk Little Boy yang dijatuhkan di Hiroshima semasa Perang Dunia II, mencipta massa kritikal yang diperlukan untuk memulakan reaksi rantai pembelahan olehmenembak silinder uranium-235 berongga pada sasaran yang dibuat dari bahan yang sama.
BACA LEBIH LANJUT: Apa itu bom hidrogen?
Teknik ini telah maju dalam beberapa tahun kebelakangan dan, dalam senjata moden, jisim kritikal bergantung pada ketumpatan bahan. Senjata-senjata ini meletupkan bahan letupan kimia di sekitar lubang logam uranium-235 atau plutonium-239. Isotop-isotop ini adalah unsur-unsur yang paling umum yang dapat melalui pembelahan. Uranium dan plutonium kedua-duanya dijumpai secara semula jadi dalam simpanan mineral, walaupun dalam jumlah kecil (kurang dari 1% untuk uranium dan bahkan lebih sedikit untuk plutonium) yang bermaksud mereka perlu dibuat. Ini adalah proses yang mahal dan memakan masa dan merupakan penghalang utama untuk membina bom nuklear dengan lebih bebas.
BACA SETERUSNYA: Apa perbezaan antara bom hidrogen dan bom atom?
cara mengusir orang dari hulu
Dalam letupan nuklear moden, letupan meletup ke dalam, memaksa atom-atom di dalam lubang bersama. Setelah jisim kritikal dicapai, neutron digunakan untuk membuat reaksi rantai pembelahan yang pada gilirannya menimbulkan letupan atom. Senjata fusi termonuklear menggunakan tenaga dari letupan pembelahan untuk memaksa isotop hidrogen bersama-sama membuat bola api yang menghampiri suhu panas seperti matahari.
