Что такое «нацистский уран» и куда он делся

Ученые снова задались вопросом, где же были кубики «нацистского урана». ☢ Они использовались при создании ядерного оружия во время Второй мировой войны, и большинство из них исчезло. Где они могут быть?

Что такое «нацистский уран» и куда он пропал?

Во время Второй мировой войны нацисты пытались разработать первую в мире ядерную бомбу. Известно, что в их распоряжении было около 1000 кубиков урана, которые понадобились для создания оружия. Размер их лиц составлял всего 5 сантиметров, но каждый объект весил более 2 килограммов. Это неудивительно, ведь уран — самый тяжелый элемент на Земле. Нацистская Германия так и не смогла разработать ядерную бомбу, поэтому после окончания войны в Соединенные Штаты было доставлено около 600 радиоактивных кубиков. Скорее всего, они использовались при создании американского ядерного оружия в рамках Манхэттенского проекта. Ученым известно точное местонахождение всего 14 кубиков, и пара из них находится в частной коллекции исследователя Тимоти Коэта. Но где именно найдено несколько сотен других потенциальных объектов? На этот счет есть очень правдоподобные предположения.

Один из кубиков «нацистского урана»

Что такое ядерный реактор? Как это работает? Принцип работы, устройство, схема. Основные части ядерного реактора. Подробная статья по физике.

Деление урана

Деление ядер урана под действием нейтронов было обнаружено немецкими учеными Отто Ганом и Фрицем Штрассманном в 1938 году. Нейтроны были выбраны для эксперимента, потому что они электрически нейтральны, то есть не имеют заряда. А поскольку заряда нет, нет кулоновского отталкивания между протонами и нейтронами, и нейтроны легко проникают в ядро.

Когда нейтрон попадает в ядро ​​урана-235, оно деформируется и растягивается. Ядерные силы действуют на очень малых расстояниях, но они не действуют на больших расстояниях. Но электростатическое взаимодействие может происходить на больших расстояниях. Следовательно, ядерное взаимодействие не может противодействовать электростатическому отталкиванию противоположных частей удлиненного ядра, и последнее разрывается на части. В этом случае испускается та же пара нейтронов, о которой мы уже говорили выше, а осколки одинаковой массы разлетаются с большой скоростью.

Результаты ядерного деления урана-235:

1. Распад на барий и криптон с выделением трех нейтронов:

2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:

на Земле можно создать термоядерный реактор. Какие будут последствия? Ученые, разрабатывающие компактную версию термоядерного реактора, показали в серии исследовательских работ, что он все еще остается в эксплуатации

Создать термоядерный реактор на Земле реально. Какие будут последствия?

Ученые, разработавшие компактную версию термоядерного реактора, показали в серии исследовательских работ, что он все еще может работать. В семи рецензируемых статьях, опубликованных во вторник в специальном выпуске журнала The Journal of Plasma Physics, исследователи представили доказательства того, что проект SPARC будет успешным и произведет в 10 раз больше энергии, чем потребляет. Это возродило надежды на то, что люди смогут имитировать процесс получения энергии от солнца. Скажем, зачем человечеству термоядерный синтез и спасет ли этот проект человечество.

Читайте «Хайтек» в

Зачем нужна термоядерная энергия?

Чтобы предотвратить повышение глобальной температуры более чем на 1,5 градуса по Цельсию в этом столетии, международному сообществу необходимо будет сократить выбросы углерода на 45% к 2030 году и обнулить их к середине века. Между тем количество выбросов с каждым годом продолжает расти, и этот процесс только ускоряется. Сухие цифры: в 2017 году рост составил 1,6%, а в 2018 году он достиг рекордного уровня — 2,7%. Что еще хуже, глобальный спрос на энергию, по прогнозам, вырастет примерно на 27% к 2040 году, или 3,743 миллиона тонн нефтяного эквивалента (Мтнэ). Тонна нефтяного эквивалента — это единица энергии, которая определяется как количество энергии, высвобождаемой при сжигании тонны сырой нефти.

Что, если бы существовало энергетическое решение, которое могло бы решить все эти насущные проблемы? Хотя это звучит здорово, но оно существует.

Один из самых мощных видов энергии, который мы используем сегодня, — это ядерная энергия. Хотя современная ядерная энергетика чрезвычайно эффективна и генерирует нулевые выбросы углерода, у нее есть много недостатков, и они серьезны: потенциальные ядерные расплавы и радиоактивные отходы, которые остаются опасными в течение тысяч лет.

Что такое термоядерный синтез и как его применить на Земле?

Все современные ядерные реакторы работают с использованием ядерного деления, процесса деления атомов для получения энергии. В течение многих лет ученые задавались вопросом, как мы можем использовать обратный процесс — ядерный синтез, который «приводит в действие» Солнце, соединяя атомы вместе — для удовлетворения растущих потребностей в энергии на Земле. Сам по себе термоядерный синтез представляет собой сверхмощный процесс, во много раз более мощный, чем деление, и не приводит к образованию ядерных отходов, поскольку его топливом является не уран или плутоний, а водород. Действительно, если разработка термоядерного реактора окажется успешной, ученые создадут на Земле «мини-солнце.

«Достижение контролируемых термоядерных реакций, которые потребляют больше энергии, чем необходимо для их генерации, и в промышленных масштабах рассматривается как потенциальная реакция на изменение климата», — объясняет научный корреспондент Натаниэль Гроневольд для Scientific American. «Термоядерная энергия устранит потребность в ископаемом топливе и решит проблемы прерывности и надежности, присущие возобновляемым источникам энергии. Энергия будет генерироваться без опасного количества излучения, которое вызывает опасения по поводу энергии ядерного деления».

Официальные лица Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), многонационального проекта, базирующегося на юге Франции, объявили, что с момента создания Первой плазмы прошло всего 6,5 лет, что является исторической вехой. Согласно пресс-релизу, опубликованному на этой неделе, проект ИТЭР, поддерживаемый консорциумом из 35 стран, в настоящее время завершен на 65%. Недавно установленная секция — основание криостата и нижний цилиндр — прокладывает путь для установки токамака, технологической конструкции, выбранной для размещения мощного магнитного поля, которое будет окружать светящийся плазменный термоядерный сердечник.

Проблемы ядерного синтеза

Ядерный синтез так сложно осуществить из-за экстремальных условий — например, в ядре Солнца — которые должны быть воспроизведены здесь, на Земле. Как пояснили в Министерстве энергетики США, «термоядерные реакции изучаются учеными, но их трудно поддерживать в течение длительных периодов времени из-за огромного давления и температуры, необходимых для слияния ядер».

Энергия термоядерного синтеза требует удержания очень горячей плазмы высокого давления. Магнитное удержание очень горячей плазмы — во много раз более горячей, чем центр Солнца — требует сильных магнитных полей. Оно должно быть в 10 раз больше атмосферного давления на поверхности земли. Сила магнитного поля имеет решающее значение для достижения этих условий, поскольку оно обеспечивает как изоляцию, чтобы поддерживать плазму горячей, так и внешнее давление, чтобы поддерживать ее стабильность, и все это без физического контакта между плазмой и поверхностью материала.

Хотя ядерный синтез предлагает невероятные перспективы для решения некоторых из самых сложных мировых проблем, время уходит, и многие эксперты говорят, что, хотя синтез не за горами, время не на нашей стороне. Хотя есть надежда, что ИТЭР будет введен в эксплуатацию к 2025 году и полностью введен в эксплуатацию примерно к 2035 году, может быть уже слишком поздно. В 2019 году климатические эксперты утверждали, что 12-летний срок, который Межправительственная группа экспертов дала миру, чтобы обратить вспять меняющуюся ситуацию на планете, возможно, придется сократить до 18 месяцев. Ганс Йоахим Шелльнхубер из Потсдамского института климата объяснил это год назад: «Математика климата предельно ясна: хотя мир невозможно вылечить в ближайшие несколько лет, он может быть смертельно ранен из-за халатности до 2020 года».

Однако на этой неделе возродились надежды на чистую энергию.

Проект SPARC

Ученые, которые разработали компактную версию термоядерного реактора, показали в серии исследований, что он должен работать, возродив надежду на то, что давно неуловимая цель моделирования производства солнечной энергии может быть достигнута и, наконец, внести свой вклад в климат контроль.

Центр плазменных исследований и синтеза Массачусетского технологического института сотрудничает с частным стартапом Commonwealth Fusion Systems (CFS) для разработки концептуального дизайна SPARC. Это компактный высоковольтный эксперимент с чистой термоядерной энергией. Ожидается, что SPARC будет размером с существующие термоядерные устройства среднего радиуса действия, но с гораздо более сильным магнитным полем. Основываясь на законах физики, ученые надеются, что устройство будет производить 50-100 МВт термоядерной энергии. Этот эксперимент станет первой демонстрацией создания чистой энергии и возможности создания устройства, построенного с использованием новой сверхпроводящей технологии. SPARC является частью глобальной стратегии по ускорению развития термоядерного синтеза за счет использования новых высокополевых высокотемпературных сверхпроводящих магнитов (HTSC.

Сроки строительства

Ожидается, что строительство реактора SPARC, разрабатываемого исследователями Массачусетского технологического института и его дочерней компании Commonwealth Fusion Systems, начнется весной следующего года и займет три-четыре года, заявили исследователи и представители компании.

Несмотря на то, что многие серьезные проблемы остаются, компания заявила, что за строительством последуют испытания и, в случае успеха, в следующем десятилетии будет создана электростанция, которая могла бы использовать термоядерную энергию для выработки электроэнергии.

Эта амбициозная программа намного быстрее, чем крупнейший в мире проект в области термоядерной энергии — многонациональный проект на юге Франции под названием ITER. Этот реактор строится с 2013 года, и, хотя он не предназначен для выработки электроэнергии, ожидается, что к 2035 году он станет термоядерной.

Боб Мамгаард, генеральный директор Commonwealth Fusion и один из основателей компании, сказал, что цель проекта SPARC — вовремя разработать термоядерный синтез, чтобы сыграть свою роль в смягчении последствий глобального потепления. «Мы нацелены на то, чтобы получить термоядерную энергию как можно быстрее», — сказал он.

Термоядерный синтез, в котором легкие атомы соединяются при температурах в десятки миллионов градусов для высвобождения энергии, стал для мира способом справиться с последствиями производства электроэнергии для изменения климата.

Подобно обычной ядерной электростанции деления, которая фиксирует атомы, термоядерная электростанция не будет сжигать ископаемое топливо и не выделять парниковые газы.

Критика проекта

Несмотря на амбиции проекта, препятствия на пути к созданию машины, способной создавать термоядерную плазму и манипулировать клубящимся облаком сверхгорячих атомов, повреждающих или разрушающих все, к чему он прикасается, огромны.

Некоторые ученые, которые десятилетиями работали над термоядерной энергией, говорят, что, хотя они взволнованы перспективами Спарка, хронология может быть просто нереальной.

«Читая эти документы, я чувствую, что разработчики получат управляемую плазму термоядерного синтеза, о которой мы все мечтаем», — сказал Кэри Форест, физик из Висконсинского университета, не участвующий в проекте. Однако он не уверен, реалистичны ли сроки реализации проекта.

По словам доктора Мамгаарда, SPARC будет намного меньше, чем ITER — размером с теннисный корт, чем футбольное поле — и намного дешевле, чем международный проект, который официально оценивается примерно в 22 миллиарда долларов, но эта цифра — не предел. Компания Commonwealth Fusion, основанная в 2018 году и насчитывающая около 100 сотрудников, на сегодняшний день привлекла для своего проекта 200 миллионов долларов.

Отличия Sparc от ITER

С тех пор, как эксперименты по термоядерному синтезу начались почти столетие назад, перспектива практического термоядерного устройства, способного производить больше энергии, чем используется, оставалась неуловимой.

Но, согласно выводам ученых, опубликованным в The Journal of Plasma Physics, проект SPARC будет успешным и будет производить в 10 раз больше энергии, чем потребляет.

Исследование «подтверждает, что проект, над которым мы работаем, скорее всего, сработает», — сказал Мартин Гринвальд, заместитель директора Центра исследований плазмы и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института и один из ведущих ученых проекта. Доктор Гринвальд является основателем Commonwealth Fusion, но в настоящее время не связан с компанией.

SPARC использует тот же тип устройства, что и ITER: токамак или камера в форме пончика, внутри которой происходит реакция синтеза. Поскольку облако плазмы такое горячее, горячее, чем солнце, оно должно сдерживаться магнитными силами.

ИТЭР делает это с помощью огромных электромагнитных катушек, содержащих сверхпроводящие провода, которые необходимо охлаждать жидким гелием.

По словам Гринвальда, SPARC использует преимущества новой электромагнитной технологии, в которой используются так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые могут создавать гораздо более сильное магнитное поле. В результате плазма намного меньше.

Документы показывают, что «этот путь высокого поля все еще кажется жизнеспособным», — сказал д-р. Гринвальд. «Если мы сможем преодолеть инженерные проблемы, эта машина будет работать так, как ожидалось».

Commonwealth Fusion заявила, что объявит о позиции SPARC через несколько месяцев.

Кто еще работает над термоядерной энергией и есть ли надежда?

Commonwealth Fusion — лишь одна из многих компаний, работающих над разработкой и коммерциализацией термоядерной энергии в партнерстве с исследовательскими институтами, при поддержке сотен миллионов долларов инвестиций.

Например, компания TAE Technologies, базирующаяся в Южной Калифорнии, работает над проектом, в котором используется линейное устройство, которое стреляет двумя облаками плазмы друг в друга для получения термоядерного синтеза.

First Light Fusion, филиал Оксфордского университета в Англии, использует энергию для сжатия и сжатия термоядерного топлива.

Доктор Форест сказал, что за счет использования более сильных магнитных полей SPARC можно назвать более «консервативным». «Это полностью отличает его от всех стартапов, которые по определению являются более рискованными», — отмечает он.

Уильям Дорланд, физик из Университета Мэриленда и редактор журнала The Journal of Plasma Physics, сказал, что журнал попросил представителей некоторых из этих термоядерных проектов «рассказать об их физической основе». По его словам, MIT и Commonwealth Fusion Group быстро согласились.

«С моей точки зрения, это первая из этих групп, у которой есть частные деньги, что на самом деле очень ясно показывает, чем они занимаются», — сказал д-р. Дорланд. — Разумные люди не согласны с тем, что это работает. Но я просто рад, что они вышли вперед и рассказали нам, используя обычную науку, что происходит », — заключает он.

В конечном итоге, каких последствий мы можем ожидать от разработки термоядерного реактора? Отладить и контролировать технологические процессы — это спасет человечество. Чистая энергия, полученная в результате синтеза атомов вместо их расщепления, по крайней мере, защитит планету от ядерных отходов.

Что в итоге?

Несмотря на всю опасность и сложность проектов развития термоядерного синтеза, у человечества, похоже, нет альтернатив. Возможности планеты ограничены, в отличие от потребностей человека. Время покажет, выполнят ли SPARC, ITER или любой другой стартап свои обещания.