Znajdź zawartość

Amerykańscy eksperci z National Ignition Facility poinformowali o uzyskaniu z fuzji jądrowej wyraźnie więcej energii niż wprowadzono w paliwo. Uzyskano tym samym punkt tzw. breakeven. Po kilkudziesięciu latach badań pojawiła się realna nadzieja na uzyskanie niemal niewyczerpanego źródła czystej energii. Fuzja jądrowa – czyli reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączeniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii. To proces, który zasila gwiazdy.  Taki sposób produkcji energii na bardzo wiele zalet. Nie dochodzi tutaj do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać paliwo do fuzji jądrowej, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Takiego luksusu nie mamy ani jeśli chodzi o węgiel czy gaz ziemny, ani o uran do elektrowni atomowych. Tego ostatniego wystarczy jeszcze na od 90 (według World Nuclear Association) do ponad 135 lat (wg. Agencji Energii Atomowej). Fuzja jądrowa jest niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów. Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Jednak fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje. Fuzja jądrowa jest od wielu dekad przedmiotem zainteresowania naukowców na całym świecie. Problem w tym, że aby pokonać siły elektrostatyczne odpychające od siebie atomy potrzeba albo ekstremalnie wysokich temperatur, albo potężnych impulsów laserowych. To zaś wymaga budowy olbrzymich, bardzo skomplikowanych i kosztownych instalacji. Istnieją różne pomysły na przeprowadzeni fuzji jądrowej, a najpopularniejszym z nich jest próba wykorzystania tokamaków. Optymalna temperatura, w której dochodzi do reakcji połączenia się deuteru z trytem w tokamaku wynosi od ok. 100 do ok. 200 milionów stopni Celsjusza. Tak rozgrzana materia znajduje się w stanie plazmy. Trzeba ją uwięzić w jakiejś niematerialnej pułapce. Może być nią np. silne pole magnetyczne. I to właśnie rozwiązanie stosowane jest w tokamakach i będzie je wykorzystywał słynny budowany we Francji reaktor badawczy ITER. Uwięzienie jest konieczne zarówno dlatego, by plazma się nie rozpraszała i nie chłodziła, jak i dlatego, by utrzymać ją z dala od ścian reaktora, które zostałyby uszkodzone przez wysokie temperatury. Innym pomysłem jest zaś inercyjne uwięzienie plazmy. Z tej technologii korzysta właśnie National Ignition Facility (NIF). NIF otwarto w 2009 roku w w Kalifornii. To laboratorium badawcze, w którym zespół 192 laserów skupia wiązki na niewielkiej kapsułce zawierającej paliwo. Jest ono zgniatane prze światło lasera, a zapłon następuje w wyniku transformacji promieniowania laserowego w promieniowanie rentgenowskie. To efekt prac prowadzonych od dziesięcioleci. W latach 60. zespół fizyków z Lawrence Livermore National Laboratory – do którego należy NIF – pracujący pod kierunkiem Johna Nuckollsa, wysunął hipotezę, że zapłon fuzji jądrowej można by uzyskać za pomocą laserów. Właśnie poinformowano, że 5 grudnia bieżącego roku uzyskano długo oczekiwany zapłon. Zapłon ma miejsce, gdy ciepło z cząstek alfa powstających w wyniku fuzji termojądrowej w centrum kapsułki z paliwem jest w stanie przezwyciężyć efekt chłodzący wywołany m.in. stratami promieniowania rentgenowskiego czy przewodnictwem elektronowym, zapewniając samopodtrzymujący mechanizm ogrzewania i gwałtowny wzrost ilości uzyskanej energii, czytamy na stronach NIF. Podczas eksperymentu do paliwa dostarczono 2,05 megadżula (MJ) energii, a w wyniku reakcji uzyskano 3,15 MJ. Zapłon uzyskano w niewielkim cylindrze zwanym hohlraum, wewnątrz którego znajdowała się kapsułka z paliwem. Wewnątrz niej energia światła laserowego zmieniła się w promieniowanie rentgenowskie, doszło do kompresji kapsułki, jej implozji i pojawienia się wysokotemperaturowej plazmy, wewnątrz której panowało wysokie ciśnienie. To ważny krok, jednak zanim do naszych domów popłynie czysta energia uzyskana drogą fuzji jądrowej, musimy nauczyć się uzyskiwać wielokrotnie więcej energii niż kosztowało nas doprowadzenie do reakcji. Do tego zaś potrzeba wielu naukowych i technologicznych przełomów. Ich osiągnięcie może potrwać całe dekady. « powrót do artykułu

Japończycy stworzyli laserowy system zapłonowy dla samochodów, dzięki któremu nie tylko zaoszczędzimy benzynę, ale zmniejszymy też emisję tlenków azotu - głównego składnika smogu. Nowy zapłon zbudowany jest z ceramiki, zatem można go tanio produkować w dużych ilościach. W obecnie stosowanym zapłonie iskrowym wykorzystuje się wysokie napięcie i iskrę przeskakującą pomiędzy dwoma elektrodami. Iskra zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Produktem spalania mieszanki są tlenki azotu. Można co prawda zmienić skład mieszanki tak, by do środowiska trafiało mniej NOx, jednak taka mieszanka zawiera mniej paliwa, a zatem do jej zapalenia konieczne jest wykorzystanie wyższego napięcia. Niestety, iskry powstające dzięki wyższemu napięciu prowadzą do szybkiego zużywania się elektrod, cała konstrukcja jest zatem niepraktyczna. Tymczasem lasery, zapalające mieszankę dzięki skoncentrowanej energii optycznej, nie zawierają elektrod, zatem nie dochodzi do ich korozji. Takunori Taira z japońskiego Narodowego Instytutu Nauk Naturalnych wymienia kolejną zaletę laserów. Urządzenia takie poprawiają też efektywność silnika. Konwencjonalne świece zapłonowe umieszczone są na cylindrach i zapalają mieszankę gdy ta zajdzie się blisko nich. Jednak zimne metalowe elektrody oraz ściany cylindra błyskawicznie absorbują ciepło powstałe podczas eksplozji mieszanki, tłumiąc płomień gdy tylko powstanie. Taira mówi, że lasery można wycelować w środek mieszanki, zapalając ją od wewnątrz, dzięki czemu gazy będą rozprzestrzeniały się symetrycznie, a proces taki będzie przebiegał nawet trzykrotnie szybciej niż w konwencjonalnych rozwiązaniach. Ponadto lasery wyzwalają energię w ciągu nanosekund, podczas gdy świecom zajmuje to milisekundy. „Odpowiednie dobranie czasu i szybkie spalanie są bardzo ważne. Im bardziej precyzyjny wybór momentu zapłonu, tym bardziej efektywne spalanie i lepsza ekonomia silnika" - mówi Taira. Dotychczas zaprzęgnięcie laserów do tego typu zadania było niemożliwe, gdyż musiałyby one skupić światło o mocy około 100 gigawatow na centymetr kwadratowy i wysyłać je w krótkich impulsach o energii większej niż 10 milidżuli każdy. Takie wymagania spełniały duże ciężkie lasery z laboratoriów naukowych. Japończycy poradzili sobie z tym problemem budując kompozytowy laser z ceramiki. Powstały one dzięki podgrzaniu ceramicznego proszku, przez co powstała przezroczysta struktura w której umieszczono jony metali. Japońskie lasery zbudowane są z dwóch segmentów składających się z itru, aluminium i galu. Jeden z segmentów wzbogacono neodymem, a drugi chromem. Laser ma jedynie 9 milimetrów średnicy i 11 milimetrów długości. Emituje on dwie wiązki światła, które jednocześnie zapalają mieszankę w dwóch miejscach. Dzięki temu pali się ona szybciej i bardziej równomiernie niż mieszanka zapalana w jednym miejscu. Zespół Tairy współpracuje obecnie z należącą do Toyoty DENSO Corporation. Celem współpracy jest stworzenie lasera emitującego trzy wiązki światła.

Toyota pracuje nad urządzeniem, które uniemożliwi pijanemu kierowcy prowadzenie samochodu. Składa się ono z ręcznego alkomatu połączonego z aparatem cyfrowym. Urządzenie bada oddech kierowcy i wykonuje jednocześnie jego fotografię, by sprawdzić, czy w alkomat nie dmuchał ktoś inny. Jeśli w wydychanym powietrzu zostanie wykryty alkohol, kierowca otrzymuje ostrzeżenie, a zapłon samochodu jest blokowany. Obecnie trwają testy systemu. Bierze w nich udział firma Hino Motors, producent ciężarówek. Część pojazdów, wyposażonych w wykrywacz alkoholu, będzie użytkowana przez urzędy państwowe i prywatne firmy. Urządzenie zostało wyposażone w moduł zdalnej łączności z centralą, tak więc jeśli kierowca jest pijany, jego przełożeni natychmiast się o tym dowiedzą. Walka z pijanymi kierowcami prowadzona jest w wielu krajach. W USA część stanów przyjęły ustawy przewidujące przymusowe montowanie alkomatów w samochodach osób, które już raz zostały przyłapane na prowadzeniu pojazdu po spożyciu alkoholu.

Naukowcy z University of New Hampshire uważają, że w genezie otyłości związki chemiczne obecne w wielu artykułach codziennego użytku odgrywają nie mniejszą rolę niż ćwiczenia oraz dieta, a właściwie ich brak. Chodzi tu o substancje opóźniające zapłon tapicerowanych mebli, dywanów, komputerów, suszarek czy kuchenek mikrofalowych. Polibromowane etery difenylowe (ang. polybrominated diphenyl ethers, PBDE) wynaleziono w latach 60. XX wieku. Ich zadanie polega na opóźnieniu momentu zapłonu. Ocenia się, że dziennie przeciętny Amerykanin styka się ze 100 produktami zawierającymi PBDE. Przedstawiciele przemysłu chemicznego twierdzą, że polibromowane etery difenylowe zmniejszają o 45% odsetek zgonów i obrażeń powodowanych przez ogień. W miarę zbierania dokumentacji dot. wpływu PBDE na organizm ludzki i środowisko rodzi się jednak coraz więcej pytań odnośnie bezpieczeństwa ich stosowania. W środowisku wykrywa się je tak samo długo, jak DDT czy PCB (polichlorowane bifenyle). Unia Europejska wprowadziła nawet zakaz wykorzystywania dwóch eterów. Gale Carey, Anthony Tagliaferro, Deena Small i zespół chcą sprawdzić, w jaki sposób PBDE wpływają na powstawanie i magazynowanie tkanki tłuszczowej. Wiemy, że PBDE rozpuszczają się w tłuszczach [...]. Co robią, kiedy już się tam znajdą? Nikt do tej pory nie zadał takiego pytania — wyjaśnia Carey. W przyszłych badaniach naukowcy planują wystawić szczury laboratoryjne na działanie polibromowanych eterów podczas ciąży i laktacji. Carey sądzi, że to dwa najistotniejsze pod tym względem etapy życia. Na poziomie molekularnym zespół będzie obserwował ekspresję genów oraz wpływ PBDE na komórki macierzyste w obrębie tkanki tłuszczowej. Etery naśladują działanie estrogenów oraz hormonów tarczycy. Wskutek tego komórki z większym prawdopodobieństwem przekształcają się w tkankę tłuszczową. Zamierzam sprawdzić, jak zmiany w sygnalizacji wpływają na ekspresję genów. Z wcześniejszych prac pani profesor wynika, że chroniczna ekspozycja na działanie PBDE powoduje, że komórki tkanki tłuszczowej stają się mniej wrażliwe na insulinę. A stąd tylko krok do cukrzycy typu 2. Ponadto komórki tłuszczowe szczurów (samców) karmionych przez miesiąc eterami zachowywały się jak komórki zwierząt otyłych. Działo się tak, mimo że ich waga nie odbiegała od masy ciała gryzoni z grupy kontrolnej. Tagliaferro wspomina, że PBDE zaburzają poziom hormonów tarczycy, co z kolei oddziałuje na wydatkowanie energii. To czynnik o wiele ważniejszy dla wagi ciała niż objadanie się hamburgerami czy niechęć do ćwiczeń fizycznych.