Gotovo svi gasovi se zagrijavaju kada se komprimiraju. Što je kompresija tvrđa i brža, to topliji plin postaje, dovoljno vruć da upali vatu ili druge zapaljive materijale. Dizel motori rade na isti način: nemaju svjećice; umjesto toga, mješavina goriva i vazduha se pali kompresijom dok se cilindar zatvara.
Možda najviše iznenađuje činjenica da ovaj isti princip objašnjava i kako jaki eksploziv radi. Oni se nazivaju “jakim”, jer se njihova eksplozivna reakcija širi kroz supersonični talas pritiskom koji putuje mnogo brže od običnog spaljivanja, što ih čini daleko moćnijim od slabih eksploziva kao što je barut. Svaki uzastopni komad materijala u visokom eksplozivu zapali se kada se pritisne i zagrije zarobljene mikroskopske mjehuriće plina. Kada se proizvode bez mjehurića, čak i izuzetno snažni eksplozivi mogu biti nemogući detonirati. Bez gasa za kompresiju, nema načina da talas detonacije zagrije susjedna područja.
Na primjer, eksplozivne smijese ANFO (amonijum-nitrat / gorivo), koje se obično koriste u rudarstvu, ne sadrže prirodno dovoljno zarobljenog gasa, i zahtjevaju “senzibilizator” da bi ih učinili pouzdano eksplozivnim – često samo gnojnica koja sadrži šuplje staklene mikrosfere.
Neki visoki eksplozivi takođe stvaraju toplotu kroz trenje mikroskopskih kristala koji se trljaju jedan o drugi, ali u mnogim slučajevima razlika između praska i ne praska je samo vrući zrak.
U utorak je tim iz kineskog Instituta za fiziku Hefei najavio da će njegov eksperimentalni napredni superprevodni tokamak (EAST) reaktor – “vještačko Sunce” dizajniran da replicira proces koji naše prirodno Sunce koristi za generiranje energije – stići u novu temperaturnu prekretnicu: 100 milion stepeni Celzijusa (180 miliona stepeni Fahrenheita).
Za poređenje, jezgro našeg stvarnog Sunca dostiže samo oko 27 miliona Fahrenheita – što znači da je reaktor EAST bio kratko više od šest puta topliji od najbliže zvijezde.
Sudar jezgri
Kada se dva jezgra vodika kombinuju, ona proizvode ogromnu količinu energije. Taj proces, poznat kao nuklearna fuzija, je kako naše Sunce generiše svjetlost i toplotu, i to je veliki bijeli kit iz energetskog svijeta – ako bismo mogli pronaći način da ga iskoristimo, imali bi skoro neograničen izvor čistog stanja energije .
Tokamaki poput ISTO-a mogli bi nam pomoći da to uradimo. To su uređaji koji koriste magnetna polja za kontrolu plazme na način koji bi mogao da podrži stabilnu nuklearnu fuziju, a ova plazma je da se EAST zagrijava na tako nevjerovatnu temperaturu.
Idemo nuklearno
Ne samo da je EAST-ov novi plazma temperaturni prekretač izuzetan, jer je, ustvari, vruć, to je takođe minimalna temperatura, za koju naučnici vjeruju da je neophodna za proizvodnju samoodržive nuklearne fuzijske reakcije na Zemlji.
Sada kada je “vještačko Sunce” u Kini sposobno za zagrijavanje plazme na neophodnu temperaturu, istraživači mogu da se usredsrede na sljedeće korake na putu ka stabilnoj nuklearnoj fuziji.
Povoljna čista energija zvuči kao san. Naučnici već dugo misle da bi nuklearna fuzija, vrsta reakcije koja se odvija na zvijezdama poput Sunca, mogla biti jedan od načina da se to desi, ali reakcija je previše teška za održavanje.
Sada smo bliži nego ikad prije nego to postignemo- fizičari sa Univerziteta u Tokiju (UTokyo) kažu da su proizveli najsnažnije ikada kontrolisano magnetsko polje.
“Jedan od načina za proizvodnju fuzijske energije jeste ograničavanje plazme – more napunjenih čestica – u velikom prstenu nazvanom tokamak kako bi se izvukla energija iz njega”, rekao je vodeći istraživač Shojiro Takeyama u saopštenju za javnost. Magnetno polje koje tokamak zahtijeva je “sjajno slično onome što naš uređaj može proizvesti”, rekao je. Da bi generisali magnetno polje, istraživači u UTokyo su napravili sofisticirani uređaj sposoban za elektromagnetnu-fluks-kompresiju (EMFC), metod generiranja magnetnog polja koji je pogodan za unutrašnje poslovanje.
Koristeći uređaj, mogli su proizvesti magnetno polje od 1.200 tesla-oko 120.000 puta jače od magneta koji lijepite na vaše frižider. Iako nije najsnažnije polje ikada stvoreno, fizičari su bili u stanju da ga održe 100 mikrosekundi, hiljadama puta duže od prethodnih pokušaja. Takođe su mogli da kontrolišu magnetno polje, tako da nisu uništili njihovu opremu kao neki prethodni pokušaji stvaranja moćnih polja. Kao što je u saopštenju za medije naveo Takeyama, to znači da njegov tim može da stvori blizu minimalne jačine magnetnog polja i trajanja potrebnog za stabilnu nuklearnu fuziju – i sve nas korak postavlja bliže neograničenoj čistoj energiji koju smo sanjali gotovo stoljeće.
Ako se svjetlo ugasi u vašem domu, obično se možete smjestiti blizu nekih svijeća, baterijskih lampi i dobre knjige. Sačekajte tako, jer će se svjetla vjerovatno vratiti uskoro.
Ali ako ste na Marsu, vaša struja ne samo drži svjetla – ona vas bukvalno održava živima. U tom slučaju, nestanak struje postaje mnogo veći problem.
Naučnici NASA-a smatraju da su pronašli način da u potpunosti izbegnu tu mogućnost: stvaranje nuklearnog reaktora. Ovaj nuklearni reaktor, poznat pod nazivom Kilopower, je veličine frižidera i može se sigurno lansirati u svemir uz sve nebeske putnike; astronauti mogu da ga pokrenu dok su još u svemiru ili nakon slijetanja vanzemaljskog tijela.
Projekat Kilopower je upravo dobio nekoliko velikih testova u Nevadi koji su simulirali stvarnu misiju, uključujući neuspjehe koji bi mogli ugroziti njegovu sigurnost (ali nisu).
Ovaj nuklearni reaktor bio bi “mijenjač igre” za istraživače na Marsu, rekao je Lee Mason, Direktor NASA Space Technology Mission Directorate (STMD) za tehnologiju skladištenja energije u saopštenju za javnost NASA iz novembra 2017. godine. Samo jedan uređaj može obezbjediti dovoljno snage da podrži vanzemaljsku energiju u trajanju od 10 godina i to radi bez nekih problema koji su inherentni sunčevoj snazi, odnosno: biti prekinut noću ili blokiran nedjeljama ili mjesecima tokom epskih oluja Marsova epizoda.
“On rješava ta pitanja i pruža stalnu snagu bez obzira na to gde se nalazite na Marsu”, rekao je Mason u saopštenju za medije. On je takođe napomenuo da stajalište na nuklearnom pogonu može značiti da ljudi mogu pristati na većem broju pristaništa na Marsu, uključujući i visoke geografske širine gdje nema puno svjetlosti, ali potencijalno mnogo leda za korištenje astronauta.
Nuklearni reaktori nisu neobična karakteristika u svemiru; Voyager 1 i 2 svemirski brod, koji sada prolaze kroz dubok svemir nakon polaska našeg solarnog sistema, rade na nuklearnoj energiji od kada su započeli 1970-ih. Isto važi i za Mars rover Curiosity, pošto je pristao na Crvenoj planeti 2012. godine.
Ali nam treba mnogo više reaktora za kolonizovanje planeta. A to bi moglo predstavljati problem šta će se raditi sa otpadom.
Prema popularnoj mehanici, reaktori Kilopower stvaraju električnu energiju kroz aktivnu nuklearnu fisiju – u kojoj se atomi razdvajaju kako bi oslobodili energiju. Za to je potreban čvrsti uranijum-235, koji se nalazi u reaktorskom jezgru oko veličine rolne papirnih peškira. Na kraju, taj uranijum-235 će biti “potrošen”, baš kao gorivo u reaktorima na Zemlji, i ugroziti ljude u blizini.
Kada se to desi, jezgro uranijuma moraće da se čuva negdje na sigurnom; potrošeno reaktorsko gorivo je i dalje opasno radioaktivno, i pušta toplotu. Na Zemlji, većina potrošenih gorivnih štapova čuvanih u bazenima vode koji drže šipke hladnim, sprečavaju ih da uhvate vatru i blokiraju zračenje radioaktivnosti. Ali na drugoj planeti bi nam trebala svaka dostupna voda, znate, da bi sačuvali ljude u životu.
Dakle, potreban nam je još jedan način za hlađenje potrošenog radioaktivnog goriva. Moguće je da se iskorišćeno gorivo može čuvati u zaštićenim bačvama u lava-cevima ili na određenim dijelovima površine, jer su Mjesec i Mars toliko hladni, iako to uvodi rizik da bi neko slučajno se našao u blizini njih.
Upravo sada, sve što možemo da uradimo je da špekulišemo – koliko smo znali, NASA nema nikakav javno dostupan plan šta da radi sa potrošenim nuklearnim gorivom za vanzemaljske misije. To bi moglo biti zato što se prototip “Kilopower” samo dokazao ustvari izvodljiv. Ali, ne znajući šta je s onim otpadom iz njega, izgleda kao neobičan nadzor, pošto NASA planira da se vrati na Mjesec, a potom na Mars do početka 2030-ih godina.
A u slučaju da se pitate, ne, ne možete samo pucati nuklearni otpad u dubok Svemir ili na Sunce; NASA je studirala to još sedamdesetih i utvrdila da je to bila prilično strašna ideja. Nazad na tablu za raspisivanje.
U prodornim novim istraživanjima tim na Univerzitetu Stanford razvio je tehniku koja može pretvoriti ljudske imunske ćelije iz krvnog uzorka u funkcionalne neurone za samo tri sedmice.
Istraživanje prati nekoliko godina rada od 2010, kada je tim prvi put razvio ovu tehniku, pokazujući da ćelije kože miša mogu biti direktno transformisane u miševe neurone bez ćelija koje ulaze u stanje zvano pluripotencija. Ranije se smatralo da bi reprogramiranje ljudske ćelije trebalo prvo da se transformiše u ono što se zove indukovana pluripotentna matična ćelija (iPSC).
Nakon što je na početku pokazao da se ovaj korak za vrijeme koje se troši može biti preskočen u modelima miša, tim je potom pokazao da se proces može replicirati korišćenjem ćelija kože u 2011. godini. Ali i tada, proces transformacije ćelija kože u neurone nije bio toliko efikasan ili lak.
Generisanje indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija velikog broja pacijenata je skupo i teško”, kaže Marius Wernig, viši autor na novoj studiji. “Štaviše, dobivanje ćelija kože podrazumjeva invazivnu i bolnu proceduru, a izgled za stvaranjem iPS ćelija od stotina pacijenata je zastrašujući i zahtevao bi automatizaciju složenog procesa reprogramiranja.”
Ova nova studija pokazuje naprednu tehniku koja može da proizvede čak 50.000 neurona od samo 1 mililitara krvi, bez obzira da li je uzorak svjež ili je prethodno zamrznut. Dodavanjem samo četiri proteina, u jednom jednostavnom koraku, tim je bio u stanju da transformiše ljudske T ćelije u funkcionalne neurone.
“Nekako je šokantno koliko je jednostavno pretvoriti T ćelije u funkcionalne neurone za samo nekoliko dana”, kaže Wernig. “T ćelije su veoma specijalizovane imunske ćelije sa jednostavnim okruglim oblicima, tako da je brza transformacija donekle zamagljena”.
Prvobitni cilj istraživanja je da se u velikom broju pacijenata ispita funkcionalna neuronska aktivnost da bi se poboljšala studija o neurološkim poremećajima kao što su autizam i šizofrenija. U ovoj fazi, neuroni stvoreni tehnikom nisu u stanju formirati zrele sinapse, tako da nisu korisni za terapeutske ishode, ali će naučnicima omogućiti da imitiraju određene bolesti mozga u laboratorijskom kontekstu, što ubrzava naše razumijevanje nekih složenih neuroloških poremećaja.
Sada imamo način da direktno proučimo neuronsku funkciju, u principu, na stotine ljudi sa šizofrenijom i autizmom “, objašnjava Wernig.” Decenijama smo imali vrlo malo podataka o porjeklu ovih poremećaja ili kako ih tretirati. Sada možemo početi da odgovaramo na toliko pitanja. “
Što je unutar atoma između jezgre i elektrona? Obično ne postoji ništa, ali zašto ne bi moglo biti i drugih čestica? Ako elektron na velikoj udaljenosti orbitira jezgru, postoji dosta prostora između drugih atoma. Može se stvoriti “divovski atom”, ispunjen običnim atomima. Svi ti atomi čine slabu vezu, stvarajući novo, egzotično stanje materije pri hladnim temperaturama, nazvanim Rydberg polaroni.
Tim istraživača je sada predstavio ovo stanje materije u časopisu Physical Review Letters. Teorijski rad je urađen u TU Wien (Beč) i Univerzitetu Harvard, eksperiment je izveden na Univerzitetu Rice u Hjustonu (Teksas).
Dva posebna polja atomske fizike, koja se mogu proučavati samo u ekstremnim uslovima, kombinovane su u ovom istraživačkom projektu: Bose-Einstein kondenzati i Rydbergovi atomi. Kondenzat Bose-Ajnštajna je stanje materije stvorene od strane atoma na ultrazvučnim temperaturama, blizu apsolutne nule. Rydbergovi atomi su oni u kojima jedan jedini elektron je podignut u visoko uzbuđeno stanje i jezgro kruži na vrlo velikoj udaljenosti.
“Prosječna razdaljina između elektrona i njegovog jezgra može biti veća od nekoliko stotina nanometara – to je više od hiljadu puta više od poluprečnika atoma vodonika”, kaže profesor Joachim Burgdörfer. Zajedno sa prof. Shuhei Yoshida (obe TU Wien, Beč) već godinama proučava osobine takvih Rydbergovih atoma.
Prvo, Bose-Ajnštajnov kondenzat je stvoren sa atomima stroncija. Koristeći laser, energija se prenosi na jedan od ovih atoma, pretvarajući ga u atom Ridberga sa ogromnim atomskim poluprečnikom. Radijus orbite u kome se elektron kreće oko jezgra je mnogo veći od tipičnog rastojanja između dva atoma u kondenzatu. Dakle, elektron orbitira svoje atomsko jezgro, dok se u njegovoj orbiti nalaze i brojni drugi atomi. Zavisno od radijusa Rydbergovog atoma i gustine Bose-Ajnštajnovog kondenzata, ogromna elektronska orbita može zatvoriti čak 170 dodatnih atoma stroncija.
Ovi atomi imaju minimalan uticaj na put Rydbergovog elektrona. “Atomi ne nose nikakvo naelektrisanje, stoga, oni vrše minimalnu silu na elektron”, kaže Shuhei Yoshida. Ali u vrlo maloj mjeri, na elektron i dalje utiče prisustvo neutralnih atoma duž njegove staze. Rasparen je na neutralnim atomima, ali samo vrlo blago, bez ikakvog napuštanja svoje orbite. Kvantna fizika sporih elektrona dopušta ovakvo raspršivanje, koje ne prenosi elektron u drugačije stanje.
Kako kompjuterske simulacije pokazuju, ova relativno slaba vrsta interakcije smanjuje ukupnu energiju sistema, a stvorena je veza između atoma Rydberga i drugih atoma unutar elektronske orbite. “To je vrlo neobična situacija”, kaže Shuhei Yoshida. “Obično se radi o elektronima vezanim za nuklearna jezgra, a ovdje imamo elektron koji se veže za neutralne atome.”
Ta veza je mnogo slabija od veze između atoma u kristalu. Stoga, ovo egzotično stanje materije, zvano Rydberg polaroni, može se otkriti samo na veoma niskim temperaturama. Ako se čestice brže kreću, veza bi se probila. “Za nas, ovo novo, slabo vezano stanje materije je uzbudljiva nova mogućnost istraživanja fizike ultrahladnih atoma”, kaže Joachim Burgdorfer. “Na taj način mogu istraživati osobine Bose-Ajnštajnovog kondenzata na vrlo malim vagama sa vrlo visokom preciznošću.”
Naša vrsta dugo se borila sa konceptom ljudske svijesti. Što to točno uzrokuje, i zašto smo se razvili da bismo doživjeli svijest? Sada, nova studija otkrila je trag u potrazi za odgovorima i otkriva da ljudski mozak može imati više zajedničkog sa svemirom nego što smo mogli zamisliti.
Prema timu istraživača iz Francuske i Kanade, naš mozak može proizvesti svijest kao nuspojavu povećane entropije, proces koji se odvija u cijelom svemiru od Velikog praska.
Njihova je studija prihvaćena za objavljivanje u časopisu Physical Review E.
Koncept entropije je poznato zbunjujući, a definicija je evoluirala tijekom vremena. U osnovi, entropija je termodinamičko svojstvo koje se odnosi na stupanj poremećaja ili slučajnosti u sustavu. Može se sažeti kao opis napredovanja sustava od reda do nereda.
Drugi zakon termodinamike navodi da entropija može ostati samo konstantna ili se povećati unutar zatvorenog sustava – sustav se ne može pomaknuti iz visoke entropije u nisku entropiju bez vanjskih smetnji. Uobičajeni primjer koji pokazuje entropiju je otapanje ledene kocke – kocka je u stanju niske entropije, ali kako se topi i raste poremećaj, entropija se povećava.
Mnogi fizičari misle da je svemir sam u stalnom stanju sve veće entropije. Kada se dogodio Big Bang, svemir je bio u stanju niske entropije, a kako se i dalje postepeno raspršuje, raste u višu entropijsku cjelinu. Na temelju ove nove studije, naš mozak može proći nešto slično, a svijest se događa kao nuspojava procesa.
Mozak i poremećaj
Da bismo vidjeli kako se koncept entropije može primijeniti na ljudski mozak, istraživači su analizirali količinu reda u našem mozgu dok smo svjesni u odnosu na kada nismo. To su učinili modeliranjem mreža neurona u mozgu devet sudionika, od kojih je sedam imalo epilepsiju.
Pogledali su hoće li neuroni oscilirati u fazi jedni s drugima, jer im to može reći jesu li stanice mozga povezane. Usporedili su opažanja od kada su bolesnici bili budni, kada su spavali, i kada su pacijenti s epilepsijom imali napadaj.
Istraživači su otkrili da su mozgovi sudionika pokazali veću entropiju kada su potpuno svjesni. “Nalazimo se iznenađujuće jednostavan rezultat: normalna budna stanja karakteriziraju najveći broj mogućih konfiguracija interakcija između moždanih mreža, koje predstavljaju najviše entropijske vrijednosti”, napisao je tim u studiji.
Ovaj nalaz potaknuo je istraživače da sugeriraju da svijest može biti nuspojava sustava koji radi kako bi se maksimalizirala razmjena informacija. Drugim riječima, ljudska svijest nastaje zbog sve veće entropije.
Iako je teorija tima uzbudljiva i vjerojatno će dovesti do daljnjih istraživanja istražujući potencijalnu vezu između ljudske svijesti i entropije, daleko je od zaključne. Veličina uzorka studije bila je izuzetno mala pa će morati replicirati svoje rezultate na većim skupinama i različitim vrstama stanja mozga. Ipak, to pruža fascinantno objašnjenje za ljudsku svijest i može biti trag koji na kraju pomaže u potpunosti razumjeti neobičan fenomen.
ITER (“The Way” na latinskom) jedan je od najambicioznijih energetskih projekata na svijetu danas.
U južnoj Francuskoj, 35 zemalja surađuju na izgradnji najvećeg svjetskog tokamaka, magnetskog fuzijskog uređaja koji je osmišljen kako bi dokazao izvedivost fuzije kao velikog i nefosilnog izvora energije temeljenog na istom načelu koje naše Sunce i zvijezde napaja.
Slika 1: Iter tokamak
Eksperimentalna kampanja koja će se provesti na ITER-u od ključnog je značaja za unapređenje znanosti o fuziji i pripremanju putova za fuzijske elektrane sutra.
ITER će biti prvi fuzijski uređaj za proizvodnju neto energije. ITER će biti prvi fuzijski uređaj koji će održavati fuzije dugo vremena. ITER će biti prvi spojni uređaj za testiranje integriranih tehnologija, materijala i režima fizike potrebnih za komercijalnu proizvodnju električne energije na temelju fuzije.
Tisuće inženjera i znanstvenika pridonijelo je dizajnu ITER-a, jer je ideja za međunarodni zajednički eksperiment u fuziji prvi put započela 1985. godine. ITER-ovi članovi – Kina, Europska unija, Indija, Japan, Koreja, Rusija i Sjedinjene Države – sada se bave 35-godišnjom suradnjom za izgradnju i upravljanje eksperimentalnim uređajem ITER te zajedno dovode fuziju do točke u kojoj se može projektirati demonstracija fuzije.
Što će ITER učiniti?
Količina fuzijske energije koju tokamak može proizvesti je izravan rezultat broja fuzijskih reakcija koje se odvijaju u svojoj jezgri. Znanstvenici znaju da što je brod veći, to je veći volumen plazme … i stoga veći potencijal za energiju fuzije.
Deset puta veći volumen plazme od najvećeg stroja koji danas radi, ITER Tokamak će biti jedinstveni eksperimentalni alat koji će imati dulju plasmu i bolje zatvaranje. Stroj je dizajniran posebno za:
1) Proizvodimo 500 MW fuzijsku snagu
Svjetski rekord za spajanje snaga održava europski tokamak JET. Godine 1997. JET je proizveo 16 MW fuzijske snage od ukupne ulazne snage od 24 MW (Q = 0,67). ITER je dizajniran za proizvodnju desetostrukog povratka energije (Q = 10) ili 500 MW fuzijske snage od 50 MW ulazne snage. ITER neće iskoristiti energiju koju proizvodi kao električnu energiju, ali – kao prije svega eksperimente spajanja u povijesti kako bi proizveli neto dobitak energije – to će pripremiti put za stroj koji može.
2) Pokazati integrirani rad tehnologija za fuzijsku elektranu
ITER će premostiti jaz između današnjih manjih eksperimentalnih fuzijskih uređaja i demonstracijskih fuzijskih elektrana budućnosti. Znanstvenici će moći proučavati plazme pod uvjetima sličnim onima koji se očekuju u budućoj elektrani i test tehnologijama kao što su grijanje, kontrola, dijagnostika, kriogena i daljinski održavanje.
3) Postići deuterium-tritijevu plazmu u kojoj se reakcija održava kroz unutarnje zagrijavanje
Istraživanje fuzije danas je na pragu istraživanja “plamene plazme” -one na kojem je toplina reakcije fuzije ograničena unutar plazme dovoljno učinkovita da se reakcija dugoročno održava. Znanstvenici su uvjereni da plazme u ITER-u ne samo da će proizvesti mnogo više fuzije, već će ostati stabilne dulje vrijeme.
4) Ispitivanje uzgoja tricija
Jedan od zadataka za kasnije faze rada ITER-a jest pokazati izvedivost proizvodnje tricija u vakuumskoj posudi. Svjetska opskrba tritija (koja se koristi s deuterijem za gorivo reakcije fuzije) nije dovoljna za pokrivanje potreba budućih elektrana. ITER će pružiti jedinstvenu priliku za testiranje u posudama tritium pokrivača u fuziji okoliša.
5) Pokazati sigurnosne karakteristike fuzijskog uređaja
ITER je postigao važan orijentir u povijesti fuzije, kada je 2012. godine ITER organizacija bila licencirana kao nuklearni operator u Francuskoj temeljem strogog i nepristranog pregleda svojih sigurnosnih dosjea. Jedan od primarnih ciljeva rada ITER-a je pokazati kontrolu plazme i reakcije fuzije s neznatnim posljedicama na okoliš.
Šta je fuzija?
Fuzija je izvor energije Sunca i zvijezda. U ogromnoj toplini i gravitaciji u jezgri ovih zvjezdanih tijela, jezgra vodika sudaraju se, spajaju u teže atome helija i oslobađaju ogromne količine energije u tom procesu.
Fuzijska znanost iz dvadesetog stoljeća identificirala je najučinkovitiju fuzijsku reakciju u laboratorijskoj ambijentu kao reakciju između dva izotopa vodika, deuterija (D) i tricija (T). DT fuzijska reakcija proizvodi najveću energiju pri “najnižim” temperaturama.
Treba ispuniti tri uvjeta za postizanje fuzije u laboratoriju: vrlo visoka temperatura (od 150.000.000 Celzijevih stupnjeva); dovoljnu gustoću čestica plazme (kako bi se povećala vjerojatnost pojave sudara); i dovoljno vremena zadržavanja (da zadrži plazmu, koja ima tendenciju proširenja, unutar definiranog volumena).
Na ekstremnim temperaturama, elektroni se odvajaju od jezgri i plin postaje plazma – često se spominje kao četvrto stanje materije. Fuzijska plazma osigurava okruženje u kojem se svjetlosni elementi mogu spajati i donijeti energiju.
U tokamak uređaju koriste se moćna magnetska polja za ograničavanje i kontrolu plazme.
Šta je TOKAMAK?
Energija se danas oslanja na fosilna goriva, nuklearnu fiziju ili obnovljive izvore poput vjetra ili vode. Bez obzira na izvor energije, postrojenja generiraju električnu energiju prebacivanjem mehaničke energije, kao što je rotacija turbine, u električnu energiju. U parnoj stanici na ugljen, sagorijevanje ugljena pretvara vodu u vodenu paru, a vodena energija zauzima generatore turbina za proizvodnju električne energije.
Tokamak je eksperimentalni stroj osmišljen kako bi iskoristio energiju spajanja. Unutar tokamaka, energija proizvedena fuzijom atoma apsorbira se kao toplina u zidovima posude. Baš kao i konvencionalna elektrana, fuzionirana elektrana koristi ovu toplinu za proizvodnju pare, a zatim električnu energiju putem turbina i generatora.
Srce tokamaka je njegova vakuumska komora . Unutra, pod utjecajem ekstremne topline i tlaka, plinovito vodikovo gorivo postaje plazma – vrlo okruženje u kojem se atomi vodika mogu dovesti do osiguravanja i stvaranja energije. Napunjene čestice plazme mogu se oblikovati i kontrolirati pomoću masivnih magnetskih zavojnica postavljenih oko posude; fizičari koriste ovu važnu imovinu da ograniče vruću plazmu daleko od zidova žile. Izraz “tokamak” nam dolazi iz ruskog akronima koji označava “toroidalnu komoru s magnetskim zavojima”.
Prvi put razvijen od sovjetskog istraživanja kasnih šezdesetih godina, tokamak je usvojen u svijetu kao najobrazljivija konfiguracija uređaja za magnetskde fuzije. ITER će biti najveći tokamak na svijetu – dvostruko veći od najvećeg stroja koji je trenutno u pogonu, s deset puta većim volumenom plazme.
TKO SUDJELUJE?
( Projekt ITER je suradnja između 35 država diljem svijeta.
Članice ITER-a Kina, Europska unija, Indija, Japan, Koreja, Rusija i Sjedinjene Države kombinirale su sredstva za osvajanje jedne od najvećih granica u reprodukciji znanosti na Zemlji bezgranične energije koja potiče Sunce i zvijezde.
Kao potpisnice ITER sporazuma, sklopljenog 2006. godine, sedam članica će sudjelovati u troškovima izgradnje, operacije i dekomisije. Također će dijeliti eksperimentalne rezultate i sve intelektualno vlasništvo koje generira faza operacije.
Europa je odgovorna za najveći dio troškova gradnje (45,6 posto); ostatak dijele jednako Kina, Indija, Japan, Koreja, Rusija i SAD (9,1 posto svaki). Članice daju vrlo mali novčani doprinos projektu: umjesto toga, devet desetina doprinosa bit će dostavljene ITER-u u obliku dovršenih komponenti, sustava ili zgrada.
Zajedno, članovi ITER-a predstavljaju tri kontinenta, preko 40 jezika, polovicu svjetske populacije i 85 posto globalnog bruto domaćeg proizvoda. U uredima ITER organizacije (Središnjeg tima) i onih od sedam domaćih agencija, u laboratorijima i industriji, doslovce tisuće ljudi radi na uspjehu ITER-a.
Organizacija ITER također je sklopila sporazume o tehničkoj suradnji s Australijom (putem australske organizacije za nuklearnu znanost i tehnologiju, ANSTO, 2016.) i Kazahstana (preko Kazahstanskog nacionalnog nuklearnog centra u 2017. godini), kao i preko 40 sporazuma o suradnji s međunarodnim organizacijama, nacionalnim laboratorijima, sveučilištima i školama.
Kada će eksperimenti poćeti?
ITERova prva plazma zakazana je za prosinac 2025.
To će biti prvi put kada se stroj uključi i prvi čin ITER-ovog višegodišnjeg operativnog programa.
Na čistom zemljištu od 42 hektara na jugu Francuske, gradnja je u tijeku od 2010. godine. Struktura podloge i seizmičke temelje ITER Tokamaka su u tijeku i radovi su u tijeku na Tokamakovom kompleksu – tri zgrade koji će sadržavati fuzijske eksperimente. Pomoćne biljne građevine kao što su ITER-ov kriopljani, zgrada grijanja radio frekvencije i postrojenja za rashladnu vodu, pretvorbu energije i napajanje su u izgradnji.
Čim je moguće pristupiti zgradi Tokamaka, znanstvenici i inženjeri postupno će sastaviti, integrirati i testirati ITER uređaj za fuziju. Puštanje u rad će potvrditi da svi sustavi funkcioniraju zajedno i pripremiti ITER uređaj za rad.
Uspješna integracija i montaža više od milijun komponenti (deset milijuna dijelova), izgrađena u tvornicama ITERovih članica širom svijeta i isporučena na web stranicu ITER-a, predstavlja ogroman logistički i inženjerski izazov. Skupna radna snaga, kako u ITER-u tako i u domaćim agencijama, doseći će 2.000 ljudi na vrhuncu montažnih aktivnosti. U ITER uredima širom svijeta, točan slijed zbirnih događaja pažljivo je orkestriran i koordiniran. Prve velike komponente isporučene su na ITER mjestu 2015. godine.
U studenome 2017. projekt je prošao polovicu oznake First Plasma.
ITER-ova vremenska linija
2005 Odluka o lociranju projekta u Francuskoj
2006 Potpisivanje ITER sporazuma
2007Formalno stvaranje ITER organizacije
2007-2009Land čišćenje i levelling
2010-2014Ground potporna struktura i seizmički temelji za Tokamak
2012Nuclear licenciranje prekretnica: ITER postaje temeljna nuklearna instalacija prema francuskom zakonu
2014-2021 Izgradnja zgrade Tokamak (pristup za montažne aktivnosti u 2019. godini)
2010.-2021. Izgradnja postrojenja ITER-a i pomoćnih zgrada za prvu plazmu
2008-2021Proizvodnja glavnih komponenti prve plazme
2015-2021 Najveće komponente prevezene su ITER-itinerarom
2018-2025Faza montaže I
2024-2025Integrirana faza puštanja u pogon (puštanje u pogon po sustavu započinje nekoliko godina ranije) 2025. počinje početak rada
Tijekom faze izgradnje ITER-a, Vijeće će pažljivo pratiti uspješnost ITER organizacije i domaćih agencija kroz niz naprednih projekata na visokoj razini.
