Tania energia, tańsze koszta, wyższy standard życia


2

Jesteśmy niewolnikami energii. Trudno dzisiaj wyobrazić sobie życie bez niej. Niestety, nasza planeta ma ograniczone zasoby nieodnawialnych źródeł, a ich ilość stale maleje. Naukowcy biją na alarm – przed rokiem 2500 nie będzie ani ropy naftowej, ani gazu ziemnego, ani węgla kamiennego. Jak wtedy sobie poradzimy? Przecież cywilizacja ludzka będzie wtedy jeszcze istnieć. Naszą jedyną nadzieją na przetrwanie są odnawialne źródła energii albo… ujarzmienie potęgi drzemiącej w atomach, podstawowych cegiełkach Wszechświata.

Obliczenia naukowców są nieubłagane – węgla kamiennego wystarczy nam na kolejne 300 lat, gazu ziemnego na 60 lat, a ropa naftowa skończy się nam nie później, niż za 40 lat. To przecież wydarzy się jeszcze za naszego życia! Trwają gorączkowe poszukiwania alternatywnych źródeł energii i próby ujarzmienia sił przyrody, wciąż jednak ich efektywności nie można porównywać z klasycznymi źródłami nieodnawialnymi. Największe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej – kiedy Słońce będzie kończyło swój żywot, życia na Ziemi już dawno nie będzie. Dlatego inżynierowie tak mocno naciskają na budowę farm słonecznych i instalację ogniw fotowoltaicznych – kiedyś to właśnie one mogą zapewnić nam prąd. Chyba, że „własne Słońce” fizykom w końcu uda się wytworzyć w laboratorium. Zimna fuzja to Święty Graal wielu naukowców i nasza przepustka do świata z nieskończonymi zasobami energii.

Ujarzmić deuter

Zimna fuzja to jedno z największych marzeń fizyków. Na czym ona polega? By odpowiedzieć na to pytanie, trzeba zastanowić się, co sprawia, że jądra atomowe łączą się ze sobą i powstają cząsteczki.
Deuter to stabilny izotop wodoru, który występuje naturalnie. Jądro deuteru składa się z jednego protonu i jednego neutronu. Ze względu na niewielką masę (2,0140 Da) i mały przekrój czynny, deuter jest dobrym moderatorem szybkich neutronów. Wykorzystuje się go również w reaktorach jądrowych do wysokoenergetycznych fuzji. Synteza jąder deuteru to reakcja silnie egzotermiczna, czyli taka, w której ciepło jest wydzielane do otoczenia. Podczas jednej reakcji syntezy emitowane jest ponad 3 MeV energii – to ponad milion razy więcej niż przy spalaniu atomu węgla! W efekcie syntezy jąder deuteru powstają cięższe jądra atomowe, takie jak lekki izotop helu (3-He) czy tryt (3-H), inny izotop wodoru. To właśnie reakcje syntezy deuteru odpowiadają za wytwarzanie energii we wnętrzu Słońca, więc z naturalnych przyczyn są nadzieją na rozwiązanie wszystkich problemów energetycznych na Ziemi.

Co musi się stać, by doszło do reakcji syntezy? Fuzja jąder deuteru zajdzie tylko wtedy, gdy zetkną się one ze sobą powierzchniami. A aby to było możliwe, potrzebna jest energia do pokonania odpychania kulombowskiego wynikającego z dodatniego naładowania jąder. We wnętrzu Słońca nie ma z tym problemu, bo jądra energię potrzebną do zainicjowania reakcji uzyskują dzięki wysokiej temperaturze. Na Ziemi uzyskanie takich warunków jest możliwe tylko dzięki przyspieszaniu jąder deuteru w akceleratorach (jak np. Wielki Zderzacz Hadronów) lub wytwarzając w tokamakach plazmę o parametrach zbliżonych do materii słonecznej.

W 1989 r. świat obiegły sensacyjne informacje o rzekomej fuzji jąder deuteru przy elektrolizie ciężkiej wody w temperaturze pokojowej dokonanej przez Martina Fleischmanna i Stanleya Ponsa. Bazując na opublikowanych wynikach fizyków przeprowadzono kolejną serię eksperymentów, która nie potwierdziła możliwości przeprowadzenia fuzji jąder w temperaturze pokojowej. Fleischmanna i Ponsa okrzyknięto oszustami, choć część środowiska naukowego nazwała ich wizjonerami. Równie duże wątpliwości w świecie nauki wcześniej budził chyba tylko Nikola Tesla.

Wkrótce po eksperymencie Fleischmanna i Ponsa okazało się, że źle interpretowano dane wskazywane przez licznik Geigera-Muellera. Jak amatorzy, zliczenia fotonów promieniowania naturalnego Fleischmann i Pons interpretowali jako wyniki wskazujące na wytwarzanie neutronów w wyniku fuzji. Okazało się zatem, że ich cudowne osiągnięcia nie są wynikiem wielostopniowego oszustwa, a zwykłego, ludzkiego błędu. Ale termin „zimnej fuzji” na dobre wszedł do języka, nie tylko naukowego, ale i kolokwialnego. Od eksperymentu Fleischmanna i Ponsa minęło już 25 lat, ale do dziś, nikomu nie udało się potwierdzić jego autentyczności. Mimo tego, reakcje fuzji termojądrowych, w tym i tych „zimnych” rozpalają emocje nie tylko fizyków, ale i całej ludzkości, głównie ze względu na potencjalne źródło bezpiecznego i niewyczerpanego źródła energii.

Czysta energia na wyciągnięcie ręki

Przez ostatnie lata, byliśmy świadkami prawdziwego wyścigu, którego metą było zjawisko kontrolowanej zimnej fuzji. Czy komuś się to udało? Poniżej najważniejsze etapy poszukiwań „Świętego Graala fizyki”.
W 2000 r. zespół naukowy pod kierownictwem J. Zweilbacka opracował w Lawrence Livermore National Laboratory metodę polegającą na wyzwoleniu ogromnej energii w procesie tzw. eksplozji kulombowskiej. Było to możliwe, dzięki prostej obserwacji, że im dalej od środka zjonizowanej kuli ładunku, tym jądra deuteru odpychają się intensywniej, a więc mają większą energię potencjalną, którą można zamienić na kinetyczną. Uczeni uzyskali mikrogłę, która poddana działaniu silnego lasera o krótkim impulsie (rzędu femtosekund) powodowała całkowitą jonizację atomów deuteru, przez co odpychały się one coraz bardziej uzyskując energię wystarczającą do tunelowania bariery kulombowskiej do fuzji.

2 lata po opracowaniu metody klasterów postanowiono spróbować z sonofuzją. Rusi Taleyarkhan z Oak Ridge National Laboratory wyjaśnił, że sonofuzja może spontanicznie zachodzić we wnętrzu bąbelków gazu, które gwałtownie są ściskane z wykorzystaniem ultradźwięków. W 2004 r. badania potwierdzono. Eksperymenty te są do dzisiaj kwestionowane, a niektórzy uważają nawet, że wyniki sfabrykowano.

W 2005 r. grupa fizyków z University of California w eksperymencie swojej zimnej fuzji wykorzystała kryształ o właściwościach piroelektrycznych (wytwarzanie pola elektrycznego podczas podgrzewania). Kryształ po jednej stronie podgrzewano w zakresie temperatur od -34 do 7 stopni Celsjusza, dzięki czemu między jego końcami powstało pole elektryczne o natężeniu 25 GV/m, które przyspieszało jony deuteru, które zderzały się ze sobą. Wydzielona energia jonów sięgała 100 keV, co jest odpowiednikiem miliarda kelwinów, ilości wystarczającej do zajścia fuzji jądrowej. W wyniku eksperymentu powstawały neutrony o energii 2,45 MeV, które potraktowano jako dowód prawidłowego przebiegu zimnej fuzji. W 2006 r. autentyczność zjawiska potwierdzono na Rensselaer Polytechnic Institute.

3

W połowie 2008 r. głośno było o Yoshiakim Aracie z Osaki, który przeprowadził zakończony sukcesem i łatwo powtarzalny eksperyment. Wystawiając proszek palladowy i tlenek cyrkonu na działanie wysokociśnieniowego deuteru, udało się uzyskać ponadprogramowego ciepła. Dzieje się tak, gdyż wewnątrz sieci krystalicznej palladu najprawdopodobniej dochodzi do silnego skupienia jąder deuteru. Niektóre z nich są na tyle blisko siebie, by utworzyć jądro atomu helu. Wielu naukowców wątpi w to, że zaobserwowane ciepło ma pochodzenie jądrowe i doszukuje się tu jakiegoś błędu, podobnego do tego, który pojawił się w oryginalnym doświadczeniu Fleischmanna i Ponsa.

I wreszcie, 14 stycznia 2011 r. dwaj fizycy z Uniwersytetu Bolońskiego – Andrea Rossi i Sergio Focardi – zaprezentowali światu pierwszy na świecie „reaktor zimnej fuzji”. Urządzenie nazwane „Katalizatorem energii” (E-Cat) dokonuje fuzji atomów niklu i wodoru w atomy miedzi. Jest to możliwe dzięki ogrzewaniu reaktora opornością elektryczną, a po przekroczeniu mocy ok. 1000 W, urządzenie zaczyna ogrzewać się samo, wydzielając jednocześnie 12-kilowatowe ciepło. Środowisko naukowe skrytykowało Rossiego i Focardiego za „nienaukowe” ogłoszenie wynalazku – niemal bliźniacze do tego z 1989 r. 6 kwietnia 2011 r. włoski urząd patentowy przyznał Rossiemu paten na E-Cat i urządzenie tym samym jest gotowe do komercyjnego użytku.

Ale co w E-Cat takiego niezwykłego? Reaktor Rossiego i Focardiego zużywa 1000 W energii, które błyskawicznie spada do 400 W. Z każda upływającą minutą, 292 gramy wody o temperaturze 20 stopni Celsjusza zamieniają się w parę wodną o temperaturze 101 stopni Celsjusza. Tak pozyskane ciepło można przetworzyć na energię elektryczną. Koszt tak uzyskanego prądu to mniej niż 1 cent za 1 kW, a to znacznie mniej niż w przypadku gazu czy węgla. Reasumując, E-Cat dostarcza aż 10 tys. razy więcej energii, niż taka sama objętość tradycyjnego paliwa. Reaktor przemienia wodór w nikiel, później w miedź, a przy okazji wydzielana jest energia. Rossi nie podaje wielu szczegółów dotyczących swojego wynalazku, powołując się na ochronę patentu.

Fizycy nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa w badaniach nad zimną fuzją. Skoro zjawisko to teoretycznie jest możliwe, to można spodziewać się, że w przeciągu kilkunastu najbliższych lat w końcu uda się uzyskać nieskończone źródło energii w małym laboratorium. W przeciwnym razie, powoli zaczną kończyć nam się energetyczne alternatywy.

Źródło: http://www.gizmaniak.pl

——————————————–

Zimna fuzja

Pytający: Kamil

Pytanie: Co to jest zimna fuzja?

Odpowiada: Zygmunt Szefliński

Odpowiedź:

Synteza jąder deuteru jest reakcją silnie egzotermiczną, w jednej reakcji syntezy wydziela się ponad 3 MeV (megaelektronowolty) energii. Warto zwrócić uwagę, że to około miliona razy więcej niż przy spalaniu atomu węgla. W wyniku syntezy jąder deuteru powstają cięższe jądra, takie jak 3-He (lekki izotop helu)  bądź 3-H (tryt). Reakcje syntezy, wśród nich reakcje syntezy deuteru są odpowiedzialne za wytwarzanie energii we wnętrzu Słońca i są nadzieją na rozwiązanie problemów energetycznych na Ziemi. Obszerny artykuł o reakcjach syntezy można znaleźć we wrześniowym numerze Wiedzy i Życia z 2005 roku  http://archiwum.wiz.pl/ .

Reakcje syntezy zachodzą tylko wtedy, kiedy dwa jądra deuteru zbliżą się tak, aby zetknęły się swoimi powierzchniami. Ponieważ obydwa jądra są naładowane dodatnio zbliżenie wymaga pokonania odpychania kulombowskiego, a do tego potrzeba energii. We wnętrzu Słońca jądra uzyskują energię potrzebną do zainicjowania reakcji dzięki wysokiej temperaturze. Na Ziemi reakcje takie można realizować przyśpieszając jądra deuteru w akceleratorach bądź wytwarzając w tzw. tokamakach, wysokotemperaturową plazmę o parametrach zbliżonych do tych panujących we wnętrzu Słońca.

W 1989 roku pojawiły się sensacyjne doniesienia Fleischmanna i Ponsa o reakcji fuzji jąder deuteru przy elektrolizie ciężkiej wody w temperaturze pokojowej (dlatego nazwa – zimna fuzja). Seria podobnych eksperymentów przeprowadzonych wkrótce po opublikowaniu artykułu Fleischmanna i Ponsa  nie potwierdziła wyników. Okazało się, że w temperaturze pokojowej takie reakcje nie zachodzą. Omówienie reakcji tzw. zimnej fuzji można znaleźć w majowym numerze Wiedzy i Życia z 1989 roku.

W eksperymencie Fleischmanna i Ponsa nieprawidłowo interpretowano zliczenia licznika Geigera-Muellera. Zliczenia fotonów promieniowania naturalnego Fleischmann i Pons interpretowali jako zliczenia wskazujące na wytwarzanie neutronów w reakcji fuzji. Od eksperymentu Fleischmanna i Ponsa upłynęło 18 lat i mimo to, zimnej fuzji sugerowanej przez niecierpliwych naukowców nie udało się potwierdzić.

Zainteresowanie reakcjami fuzji termojądrowej, w tym i zimnej fuzji budzi ogromne emocje, ze względu na zainteresowanie ludzkości tanim, bezpiecznym i niewyczerpalnym źródłem energii.

Reklamy

3 uwagi do wpisu “Tania energia, tańsze koszta, wyższy standard życia

  1. Nie martwcie się o MADROSC BOGA ,wszelka energia plynie od NIEGO !
    On nie daje zginac MADRYM i DOBRYM LUDZIOM .
    ZLO PRZEPADNIE NA ZAWSZE !!!

    Polubienie

  2. I to jest to czego czego LUDZIOM MADRYM i PRAWDOMOWNYM dzisiaj potrzeba na całym swiecie .tj.
    ZNISZCZENIA WSZEAKIEGO ZLA W KAZDEJ POSTACI i W KAZDEJ NARODOWSCI !!!

    Wyglada na to,ze PROCES TEN JUZ SIE ZACZAL,
    ZLO ZACZYNA PRZEGRYWAC ,W POLSCE TEZ.
    DRZYJCIE LOTRY !!!!!!!!!!!!!

    Polubienie

  3. Przewaznie w zyciu bywa ,ze „cos jest za cos” ale trzeba mieć na uwadze ” za ile” !

    ZA ILE SPRZEDAJA SIE PROWADZACY PORTALE INTERNETOWE ?

    Druga doba ciszy na tym portalu ,czyzby pieniędzy braklo czy czasu na dzialalnosc ?

    Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s