Gabungan nuklear MIT Genesis memecahkan rekod dunia! Magnet superkonduktor suhu tinggi membuka kunci tenaga bintang, adakah matahari tiruan akan dilahirkan?

Holy Grail tenaga bersih telah ditangkap?

"Semalaman, pasukan MIT mengurangkan kos per watt reaktor pelakuran kepada hampir 1/40, menjadikan penggunaan komersial teknologi pelakuran nuklear mungkin"!

Baru-baru ini, MIT Centre for Plasma Science and Fusion dan Commonwealth Fusion Systems (CFS) menerbitkan laporan komprehensif.

Laporan ini memetik 6 kertas penyelidikan bebas dalam keluaran khas Mac "Transaksi IEEE pada Superkonduktiviti Gunaan", membuktikan bahawa:

MIT menggunakan "magnet superkonduktor suhu tinggi" dalam eksperimen bukan-2021 reka bentuk terlindung adalah benar-benar boleh dilaksanakan dan boleh dipercayai.

Ia juga mengesahkan bahawa magnet superkonduktor unik yang digunakan oleh pasukan dalam eksperimen adalah mencukupi sebagai asas loji kuasa gabungan nuklear.

Ini menunjukkan bahawa "penyatuan nuklear" tidak lama lagi akan menjadi teknologi yang dikomersialkan daripada projek penyelidikan saintifik di makmal. . s mula dengan eksperimen pelakuran nuklear yang mencipta rekod dunia.

"Superconducting magnet" mencatat rekod dunia untuk kekuatan medan magnet

Pada awal pagi 5 September 2021, di makmal MIT Plasma Science and Fusion Centre (PSFC), jurutera mencapai kejayaan besar ——

Satu jenis magnet baharu yang diperbuat daripada "bahan superkonduktor suhu tinggi" telah mencapai rekod dunia untuk kekuatan medan magnet berskala besar sebanyak 20 tesla.

Anda tahu, 20 tesla adalah betul-betul kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk membina loji kuasa gabungan nuklear.

Para saintis meramalkan bahawa ia dijangka menghasilkan output kuasa bersih dan berpotensi membawa kepada era penjanaan kuasa yang hampir tidak terhad.

Percubaan terbukti berjaya sambil memenuhi semua kriteria yang ditetapkan untuk reka bentuk peranti gabungan baharu, dikenali sebagai SPARC, yang mana magnet merupakan teknologi pemboleh utama.

Para jurutera yang keletihan membuka champagne untuk meraikan pencapaian membanggakan mereka. Mereka telah melakukan usaha yang panjang dan sukar untuk ini.

Tetapi para saintis tidak berhenti pada kerja mereka.

Dalam beberapa bulan akan datang, pasukan itu membuka dan memeriksa komponen magnet, meneliti dan menganalisis data daripada ratusan instrumen yang merekodkan butiran ujian.

Mereka juga menjalankan dua lagi ujian pada magnet yang sama, akhirnya mengujinya sehingga had untuk mengetahui butiran sebarang mod kegagalan yang mungkin berlaku.

Tujuannya adalah untuk mengesahkan lagi sama ada magnet superkonduktor dalam eksperimen mereka boleh berfungsi secara stabil dalam pelbagai senario yang melampau.

Sebuah pasukan meletakkan magnet ke dalam bekas kriostat

Penjanaan kuasa gabungan nuklear, mengurangkan kos sebanyak 40 kali ganda

Hitachi profesor kejuruteraan Amerika, Dennis Whyedte, yang baru-baru ini meletakkan jawatan pengarah PSFC. pendapat saya "Pengujian magnet yang berjaya telah menjadi perkara yang paling penting dalam penyelidikan gabungan sejak 30 tahun yang lalu."

Seperti yang ditunjukkan oleh hasil percubaan, magnet superkonduktor sedia ada cukup kuat untuk berpotensi mencapai tenaga gabungan.

Satu-satunya kelemahan ialah kerana saiz dan kosnya yang besar, ia tidak akan praktikal atau boleh dilaksanakan secara ekonomi.

Selepas itu, ujian yang dijalankan oleh para penyelidik menunjukkan bahawa magnet yang begitu kuat itu masih praktikal walaupun saiznya sangat berkurangan.

"Semalaman, kos per watt reaktor gabungan menurun hampir 40 kali dalam satu hari."

Kini gabungan nuklear berpeluang. "Tokamak" kini merupakan reka bentuk peranti eksperimen gabungan yang paling banyak digunakan.

"Pada pendapat saya, tokamak mempunyai peluang untuk menjadi mampu milik, kerana di bawah kekangan peraturan fizikal yang diketahui, kita boleh mengurangkan dengan ketara saiz dan kos peranti yang diperlukan untuk mencapai gabungan, yang Ia adalah lonjakan kualitatif."

Enam kertas memperincikan data komprehensif ujian magnet MIT.

Kemudian analisis menunjukkan bahawa peralatan gabungan nuklear generasi baharu yang direka oleh MIT dan CFS, serta reka bentuk serupa oleh syarikat gabungan komersial lain, boleh dilaksanakan sepenuhnya secara saintifik.

Ia adalah pelakuran nuklear, dan ia merupakan satu kejayaan dalam superkonduktiviti

Penyatuan nuklear ialah proses menggabungkan atom cahaya menjadi atom berat, membekalkan tenaga untuk matahari dan bintang.

Tetapi mengeksploitasi proses ini di Bumi telah terbukti sebagai satu cabaran yang sukar.

Selama beberapa dekad, orang ramai telah melakukan usaha yang besar malah membelanjakan berbilion dolar untuk penyelidikan peranti eksperimen.

Matlamat yang dikejar orang tetapi tidak pernah dicapai ialah: membina loji kuasa gabungan yang menghasilkan lebih banyak tenaga daripada yang digunakan.

Semasa operasi, loji kuasa sebegini boleh menjana elektrik tanpa mengeluarkan gas rumah hijau dan tidak akan menghasilkan sejumlah besar sisa radioaktif.

Dan bahan api untuk pelakuran nuklear, yang berasal dari hidrogen yang diekstrak daripada air laut, hampir tidak berkesudahan.

Namun, untuk pelakuran nuklear berjaya, bahan api mesti dimampatkan pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi.

Memandangkan tiada bahan yang diketahui dapat menahan suhu sedemikian, medan magnet yang sangat kuat mesti digunakan untuk mengehadkan bahan api.

Jika anda ingin menjana medan magnet yang begitu kuat, anda memerlukan "magnet superkonduktor", tetapi semua magnet pelakuran nuklear sebelumnya diperbuat daripada bahan superkonduktor Bahan ini memerlukan kira-kira 4 darjah di atas sifar mutlak (4 kelvin, iaitu - 270 darjah Celsius).

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan baharu yang dipanggil REBCO (rare earth barium copper oxide) telah mula digunakan dalam magnet gabungan nuklear.

Ia membolehkan magnet pelakuran nuklear beroperasi pada suhu 20 kelvin, yang walaupun hanya 16 kelvin lebih tinggi daripada 4 kelvin, mempunyai kelebihan ketara dari segi sifat bahan dan kejuruteraan praktikal.

Bahan superkonduktor suhu tinggi baharu ialah reka bentuk semula hampir semua prinsip yang digunakan untuk membuat magnet superkonduktor.

Jika bahan superkonduktor suhu tinggi baharu ini digunakan untuk mengeluarkan magnet superkonduktor, ia bukan sekadar penambahbaikan berdasarkan pendahulu, tetapi juga memerlukan inovasi dan penyelidikan serta pembangunan dari awal.

Sebuah kertas baharu dalam jurnal "Transactions on Applied Superconductivity" menerangkan butiran proses reka bentuk semula ini dan perlindungan paten telah pun disediakan.

Untuk menggunakan sepenuhnya REBCO, penyelidik mereka bentuk semula kabel "VIPER REBCO" arus tinggi boleh skala industri berdasarkan seni bina TSTC.

Kabel VIPER REBCO mempunyai kelebihan yang jelas ini:

- Mempunyai kurang daripada 5% kemerosotan arus yang stabil.

- Menampilkan tajuk boleh tanggal yang lasak dalam julat 2-5nΩ

- Buat pertama kalinya, dua ujian pelindapkejutan kabel berbeza boleh dilakukan pada konduktor bersaiz penuh di bawah keadaan berkaitan gabungan yang sesuai untuk halaju perambatan zon normal rendah REBCO.

Inovasi utama: Tiada reka bentuk lapisan penebat

Satu lagi reka bentuk yang luar biasa dalam magnet superkonduktor ini ialah mengeluarkan penebat di sekeliling jalur superkonduktor nipis dan rata magnet.

Dalam reka bentuk tradisional, magnet superkonduktor dikelilingi oleh bahan penebat untuk melindunginya daripada litar pintas.

Dan dalam magnet superkonduktor baharu ini, jalur superkonduktor terdedah sepenuhnya.

Para saintis bergantung pada kekonduksian REBCO yang lebih kuat untuk memastikan arus elektrik mengalir dengan tepat melalui bahan.

Profesor Zach Hartwig dari Jabatan Sains Nuklear dan Kejuruteraan MIT, yang bertanggungjawab untuk membangunkan magnet superkonduktor, berkata: “Apabila kami memulakan projek ini pada 2018, teknologi untuk membina magnet medan tinggi berskala besar menggunakan superkonduktor suhu masih dalam peringkat awalnya Hanya percubaan kecil boleh dijalankan "

"Berdasarkan skala ini, projek penyelidikan dan pembangunan magnet kami menyelesaikan pembangunan magnet skala penuh dalam masa yang sangat singkat.

Pasukan akhirnya menghasilkan magnet hampir 10 tan Magnet menghasilkan medan magnet yang stabil dan seragam lebih tinggi daripada 20 Tesla.

"Cara standard untuk membuat magnet ini ialah dengan membalut konduktor di sekeliling belitan dan meletakkan lapisan penebat di antara belitan. Anda memerlukan lapisan penebat untuk mengendalikan voltan tinggi yang dijana semasa situasi yang tidak dijangka seperti penutupan."

"Kelebihan menanggalkan lapisan penebat ini ialah ia adalah sistem voltan rendah. Ia sangat memudahkan proses pembuatan dan jadual."

Ini juga meninggalkan banyak ruang untuk menyejukkan atau lebih kekuatan struktur.

Pemasangan magnet yang lebih kecil sedikit yang membentuk rongga berbentuk donat peranti gabungan nuklear SPARC yang dibina oleh CFS.

Rongga ini terdiri daripada 16 plat yang dipanggil "pancake".

"Walau bagaimanapun, reka bentuk lapisan tanpa penebat adalah sangat berisiko di mata kebanyakan orang, dan ia juga sangat berisiko walaupun dalam peringkat ujian." Profesor

berkata, "Ini adalah magnet pertama dengan skala yang mencukupi untuk meneroka isu yang terlibat dalam mereka bentuk, mengeluarkan dan menguji magnet menggunakan lapisan tidak penebat dan teknologi tidak berpusing ini."

"Seluruh komuniti sangat terkejut apabila pasukan mengumumkan bahawa ini adalah gegelung tidak bertebat."

Ujian melampau telah selesai, penggunaan komersial berskala besar akan datang?

Eksperimen pertama yang diterangkan dalam kertas sebelumnya telah membuktikan bahawa reka bentuk dan proses pembuatan sedemikian bukan sahaja boleh dilaksanakan tetapi juga sangat stabil, walaupun beberapa penyelidik telah menyatakan keraguan.

Dua ujian seterusnya, yang juga dijalankan pada penghujung 2021, menolak keadaan operasi peralatan ke had dengan sengaja mewujudkan keadaan tidak stabil, termasuk mematikan sepenuhnya kuasa input, yang boleh membawa kepada pemanasan melampau bencana.

Situasi ini dipanggil "pelindapkejutan" dan dianggap sebagai kes terburuk yang mungkin berlaku semasa operasi magnet sedemikian, yang boleh memusnahkan peralatan secara langsung.

Sebahagian daripada rancangan ujian, kata Hartwig, adalah "untuk benar-benar keluar dan dengan sengaja memadamkan magnet skala penuh supaya kita boleh mendapatkan data kritikal pada skala yang betul dan di bawah keadaan yang betul untuk memajukan sains dan mengesahkan kod reka bentuk." .

"Kemudian membongkar magnet untuk melihat apa yang salah, mengapa ia menjadi salah, dan bagaimana kita boleh melakukan lelaran seterusnya untuk memperbaikinya... ternyata satu kejayaan besar ”

Hartwig berkata ujian akhir berakhir dengan satu sudut 16 "pancake" cair, tetapi menghasilkan banyak maklumat baharu.

Pertama, mereka telah menggunakan beberapa model pengiraan yang berbeza untuk mereka bentuk dan meramalkan pelbagai aspek prestasi magnet, dan dalam kebanyakan kes, model ini konsisten dalam ramalan keseluruhannya dan melalui satu siri ujian dan sebenar Pengukuran adalah baik. disahkan.

Namun, apabila meramalkan kesan "pelindapkejutan", keputusan ramalan model menyimpang, jadi perlu mendapatkan data eksperimen untuk menilai keberkesanan model.

Model yang dibangunkan oleh penyelidik hampir tepat meramalkan bagaimana magnet menjadi panas, berapa banyak ia berlaku apabila ia mula padam, dan jumlah kerosakan yang ditimbulkan akibatnya.

Eksperimen menerangkan dengan tepat fizik yang sedang dimainkan dan membolehkan saintis memahami model mana yang akan berguna pada masa hadapan dan model mana yang tidak tepat.

Selepas menguji prestasi semua aspek gegelung, para saintis juga sengaja membuat simulasi paling teruk gegelung.

Didapati kawasan gegelung yang rosak hanya menyumbang beberapa peratus daripada isipadu gegelung.

Berdasarkan keputusan ini, mereka terus membuat pengubahsuaian pada reka bentuk, menjangkakan bahawa mereka akan dapat mengelakkan kerosakan pada skala ini pada magnet peranti gabungan nuklear sebenar, walaupun dalam keadaan yang paling melampau.

Profesor Hartwig menekankan bahawa sebab mengapa pasukan itu dapat menyelesaikan reka bentuk magnet baharu yang memecahkan rekod dan menyelesaikannya pada kelajuan yang sangat pantas pada kali pertama adalah disebabkan oleh Alcatel C-Mod Toka Decades. pengetahuan yang mendalam, kepakaran dan peralatan daripada Makmal Magnet Mark dan Francis Bit dan kerja lain yang dijalankan di PSFC.

Pada masa hadapan, percubaan akan terus maju untuk mencapai penggunaan elektrik bersih secara komersial secara besar-besaran.

Atas ialah kandungan terperinci Gabungan nuklear MIT Genesis memecahkan rekod dunia! Magnet superkonduktor suhu tinggi membuka kunci tenaga bintang, adakah matahari tiruan akan dilahirkan?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!