By Steve Connor
Satu suasana indah di puncak bukit hutan Cadarache Provence di selatan Perancis telah menjadi tapak percubaan bercita-cita tinggi untuk memanfaatkan kuasa nuklear matahari dan bintang. Ia adalah tempat di mana 34 buah negara yang mewakili lebih daripada separuh penduduk dunia telah bergabung dalam kerjasama saintifik terbesar di dunia - hanya di Stesen Angkasa Antarabangsa adalah lebih besar.
Projek antarabangsa nuklear fusion - dikenali sebagai Iter, yang bermaksud "cara" dalam bahasa Latin - direka untuk menunjukkan jenis baru reaktor nuklear mampu menghasilkan bekalan yang tidak terhad murah, bersih, bekalan elektrik yang selamat dan mampan dari gabungan atom. Jika Iter menunjukkan bahawa ia adalah mungkin untuk membina reaktor gabungan komersial yang berdaya maju maka ia boleh menjadi eksperimen yang menyelamatkan dunia dalam abad yang diancam oleh perubahan iklim dan peningkatan tiga kali ganda jangkaan permintaan tenaga global.
Minggu ini projek itu mendapat kelulusan akhir untuk reka bentuk komponen yang paling mencabar dari segi teknikal - "selimut" reaktor gabungan yang akan mengendalikan bahan api nuklear super panas. Tapak bangunan di Cadarache juga telah diluluskan peringkat penting di mana beberapa 493 galas seismik - konkrit gergasi dan plinths getah - telah ditetapkan ke dalam asas-asas dalam reaktor untuk melindungi daripada gempa bumi mungkin. Mengintip di tepi lubang pengasingan seismik yang besar, ia masih boleh melihat beberapa galas ini sebelum mereka dilindungi dengan rakit konkrit yang akan menyokong mesin gabungan yang besar di tengah-tengah projek Iter £ 13bn.
Klik di sini untuk melihat bagaimana projek Iter yang boleh menghasilkan tenaga bersih Sejak beberapa tahun akan datang kira-kira satu juta komponen individu reaktor gabungan yang sangat kompleks akan tiba di laman web ini Cadarache dari seluruh dunia. Mereka akan dipasang seperti model Lego gergasi di bangunan berhampiran yang mempunyai jumlah yang sama dengan 81 buah kolam renang bersaiz Olimpik. Tiada apa-apa yang tinggal untuk peluang dalam projek yang telah mencabar potensi salah faham seperti Babel antara negara-negara bekerjasama. Reka bentuk, pembangunan dan pembinaan mesin yang akan cuba untuk mencontohi tindak balas pelakuran nuklear Matahari terbukti menjadi kejayaan diplomasi, serta sains dan kejuruteraan. "Ia adalah kerjasama saintifik terbesar di dunia.
Malah, projek tersebut adalah sangat rumit kita walaupun terpaksa mencipta mata wang kita sendiri - yang dikenali sebagai Unit Iter daripada Akaun - untuk menentukan bagaimana setiap negara membayar bahagiannya, "kata Carlos Alejaldre, Timbalan Pengarah Iter yang bertanggungjawab untuk keselamatan. "Kami telah diluluskan dari peringkat reka bentuk untuk menjadi projek pembinaan. Kita perlu menunjukkan ia adalah selamat. Jika kita tidak boleh meyakinkan orang ramai bahawa ini adalah selamat, saya tidak fikir pelakuran nuklear akan dibangunkan di mana sahaja di dunia, "kata Dr Alejaldre. "A Fukushima seperti kemalangan adalah mustahil pada Iter kerana reaksi gabungan asasnya selamat. Sebarang gangguan daripada keadaan yang ideal dan tindak balas akan berhenti. Satu tindak balas nuklear terkawal dan krisis teras adalah semata-mata tidak mungkin, "katanya.
Kuasa nuklear konvensional menghasilkan tenaga oleh pembelahan atom - pembelahan atom berat bahan api uranium. Ini reaktor eksperimen cuba untuk menggabungkan bersama-sama atom cahaya isotop hidrogen dan, dalam proses, untuk membebaskan bekalan hampir tanpa had tenaga bersih, selamat dan mampan. Gabungan nuklear telah menjadi impian sejak permulaan zaman atom. Tidak seperti loji kuasa nuklear pembelahan konvensional, reaktor gabungan tidak menghasilkan sisa radioaktif peringkat tinggi, tidak boleh digunakan untuk tujuan ketenteraan dan asasnya membakar bahan api bukan toksik yang diperoleh daripada air. Pakar-pakar tenaga Ramai yang percaya bahawa gabungan nuklear adalah satu-satunya yang serius, cara mesra alam daripada pasti menghasilkan "asas-beban" elektrik 24/7. Ia adalah, mereka berhujah, satu-satunya cara untuk menjana kuantiti industri-besaran malam elektrik dan hari tanpa bergantung kepada bahan api fosil karbon-intensif atau kuasa konvensional nuklear berbahaya dan kotor. Walau bagaimanapun, kerumitan yang menakutkan projek Iter yang ditunjukkan oleh berapa lama ia telah diambil untuk mencapai peringkat awal pembinaan - dan berapa banyak lagi ia masih mempunyai untuk pergi. Terdapat sekurang-kurangnya satu lagi dekad kerja bangunan dan satu dekad lagi ujian sebelum reaktor akan dibenarkan untuk "pergi nuklear". "Tiap-tiap peringkat tunggal diperiksa. Walaupun konkrit khas yang disediakan tidak boleh bercampur kecuali seorang inspektor keselamatan nuklear hadir. Jika apa-apa masalah dengan Iter, gabungan akan mati, "kata seorang jurucakap bagi projek itu. Akar projek Iter yang kembali ke tahun 1985 apabila Mikhail Gorbachev, Setiausaha Agung Kesatuan Soviet, yang ditawarkan kehebatan negara itu dalam gabungan nuklear sebagai cip tawar-menawar dalam rundingan pelucutan senjata nuklear dengan Amerika Syarikat, yang pada masa itu telah mengikuti yang " Stars Wars "sistem pertahanan. Gorbachev dan Presiden Reagan, dengan sokongan Margaret Thatcher dan Presiden Perancis François Mitterand, menandatangani perjanjian untuk bekerjasama dalam gabungan nuklear menggunakan Rusia "tokamak" reaktor.
Ini adalah alat revolusi yang boleh memegang bahan api gabungan super-panas dengan mewujudkan satu "botol magnet" dalam kapal vakum berbentuk donat reaktor. Beberapa reaktor tokamak eksperimen di seluruh dunia, termasuk satu di Pusat Culham untuk Tenaga Fusion di Oxfordshire, telah menunjukkan gabungan nuklear adalah secara teori mungkin, tetapi tokamak gergasi di Iter akan menjadi yang pertama untuk menjana kuasa yang lebih daripada yang diperlukan untuk mencapai yang sangat tinggi suhu yang diperlukan untuk pelakuran nuklear. The Iter mesin tokamak, yang merupakan dua kali ganda saiz linear dan 10 kali jumlah saingan terdekat di Culham, akan menghasilkan suhu lebih daripada 100 juta C - banyak kali lebih panas daripada pusat matahari. Ia adalah yang pertama reaktor gabungan eksperimen untuk menerima lesen operasi nuklear kerana kapasiti penjanaan kuasa itu. Bagi setiap 50 megawatt elektrik ia menggunakan, ia perlu menjana sehingga 500MW kuasa keluaran dalam bentuk haba. Richard Pitts, seorang ahli fizik nuklear British bekerja di projek itu, berkata walaupun Iter mempunyai lesen pengendali nuklear dan akan menghasilkan kira-kira 10 kali lebih banyak kuasa kerana ia menggunakan, mesin Iter masih akan kekal sebagai reaktor semata-mata eksperimen, dengan tidak ada elektrik yang dijana untuk grid kebangsaan Perancis. "Kami tidak membina reaktor perindustrian demonstrasi. Kami membina langkah pertama ke arah salah satu yang tidak menghasilkan elektrik bagi grid. Jika kita dapat menunjukkan bahawa gabungan berfungsi, reaktor demonstrasi akan menjadi lebih murah untuk membina daripada Iter, "kata Dr Pitts. Satu fasa kritikal projek itu akan menjadi suntikan plasma - superhot itu, gas elektrik dikenakan bahan api atom - ke dalam ruang vakum reaktor. Plasma ini, campuran hidrogen isotop deuterium dan tritium, akan memandu tindak balas nuklear fusion.
Plasma akan dipanaskan kepada suhu setinggi 300 juta C untuk memaksa nukleus atom cukup dekat bersama-sama untuk menyebabkan mereka untuk menggabungkan ke dalam helium, produk sisa tidak berbahaya dan lengai yang boleh dikitar semula sebagai bahan mentah industri yang penting. Electromagnets Giant cukup kuat untuk memerangkap pesawat pengangkut akan mengandungi plasma dalam pusaran berputar dipegang oleh botol magnet reaktor tokamak itu. Tarikh asal untuk "plasma pertama" dijadualkan pada November 2020 tetapi kelewatan dengan pembinaan dan pentauliahan fasa telah ditolak ke belakang ini hingga Oktober 2022 - walaupun beberapa yang kehilangan masa sejak itu telah ditarik balik. Salah satu gegelung elektromagnet yang digunakan dalam magnet gergasi, misalnya, terpaksa dibatalkan selepas seorang pekerja di salah satu daripada negara-negara peserta meninggalkan tuala di salah satu kabel superkonduktor yang kemudiannya menjadi dimampatkan dalam gegelung. Kemalangan mahal seperti ini meletakkan keseluruhan projek di belakang jadual. Rem Haange, Timbalan Ketua Pengarah projek Iter, berkata bahawa walaupun kelewatan, yang mungkin tidak dapat dielakkan dengan apa-apa projek kejuruteraan yang besar dan kompleks, tidak ada masalah lagi dijangka yang boleh mengancam daya maju projek Iter itu. "Tidak ada isu-isu teknikal lagi yang akan tunjuk penyumbat. Kita rasa kita telah mengatasi semua isu-isu teknikal, "kata Dr Haange.
Walaupun asas-asas bangunan reaktor utama masih diletakkan, terdapat banyak kerja-kerja pembangunan di luar tapak di negara-negara anggota yang berbeza - EU, Rusia, Amerika Syarikat, China, Jepun, India dan Korea Selatan. Lebih daripada 90 peratus daripada komponen kejuruteraan mesin Iter ini, misalnya, kini telah ditugaskan. Komponen-komponen ini, beberapa saiz rumah yang kecil, akan dihantar melalui jalan raya dan laut Cadarache pada tahun-tahun akan datang, dan tugas untuk meletakkan mereka bersama-sama ke dalam mesin kerja akan menggerunkan. Iter akan mempunyai kabel superkonduktor yang cukup, misalnya, untuk membalut mengelilingi Bumi 15 kali. "Terdapat satu juta bahagian untuk mesin Iter dan ini akan menjadi tugas pemasangan yang paling kompleks dan mencabar secara teknikal. Reaktor tokamak ialah 30 meter dan terdiri daripada 18 magnet gegelung toroidal berat beratus-ratus tan bahawa setiap perlu diletakkan dengan ketepatan kurang daripada dua milimeter, "kata Otak Machlin, ketua operasi pemasangan Iter ini.
Sebagai komponen tokamak tiba pada tahun-tahun akan datang, jurutera Iter akan mengadakan nafas mereka untuk memastikan bahagian-bahagian yang patut bersama-sama dengan sempurna. Tetapi jika "plasma pertama" yang berlaku dalam tempoh 10 tahun akan datang, ia masih akan menjadi satu lagi lima tahun atau lebih sebelum mereka mempunyai keyakinan untuk meletakkan bahan api tritium radioaktif ke dalam saluran vakum - dan pergi nuklear. Walaupun semuanya berjalan untuk merancang, loji kuasa demonstrasi pertama menggunakan gabungan nuklear tidak akan bersedia sekurang-kurangnya sehingga 2030-an, yang bermaksud reaktor komersial tidak boleh secara realistik akan dibina sehingga separuh kedua abad ini. Skala masa panjang bermakna gabungan nuklear tidak selalu dalam agenda politik, melainkan summitry kuasa besar yang melibatkan kerana ia adalah pada kemuncak Perang Dingin pada tahun 1985. Tetapi pada akhirnya, menunggu lama untuk pelakuran nuklear, dan percubaan untuk menyelamatkan dunia, boleh membuktikan untuk menjadi baik berbaloi.
Timeline: reaksi Rantaian 1929: Ahli-ahli sains menggunakan persamaan Einstein E = mc ² untuk meramalkan pembebasan sejumlah besar tenaga dengan menggabungkan nukleus atom bersama-sama.
1939: fizik Jerman yang dilahirkan Hans Bethe, gambar, menunjukkan bahawa gabungan kuasa nuklear bintang.
1950: Andrei Sakharov dan Igor Tamm di USSR mencadangkan "tokamak" gabungan reaktor.
1956: program Tokamak bermula di kerahsiaan yang ketat.
1969: Tokamak menyebabkan mendedahkan laporan, saintis mengejutkan Barat.
1973: Kerja reka bentuk bermula pada Torus Bersama Eropah (Jet), sebuah reaktor tokamak-jenis di Eropah.
1983: Jet siap pada Culham, Oxfordshire, pada masa dan bajet.
1985: USSR mencadangkan projek gabungan tenaga antarabangsa.
1988: Kerja reka bentuk bermula untuk Reaktor Eksperimen termonuklear Antarabangsa, yang kemudiannya dikenali sebagai hanya Iter.
1992: fasa Design bermula untuk Iter. 1997: Jet menghasilkan 16 megawatt kuasa gabungan, rekod dunia semasa.
2005: Cadarache, Perancis, dipilih sebagai tapak Iter.
2021-22: "plasma Pertama" yang dijadualkan, apabila gas terion akan disuntik ke dalam Iter tokamak. 2027-28: Iter "pergi nuklear" dengan suntikan tritium. 2030-an: Pertama demonstrasi reaktor gabungan untuk menghasilkan elektrik untuk grid. Seterusnya 2050s: Pertama loji kuasa pelakuran nuklear komersial.
No comments:
Post a Comment