;
Кейсы 30 марта 2022

Ядерному синтезу больше не нужны миллионы градусов: как работает новый метод

Далее

Ученые пересмотрели концепцию классического термоядерного синтеза, который человечество уже давно пытается воссоздать на Земле. «Хайтек» рассказывает подробности о новом проекте.

Австралийский стартап HB11 Energy успешно продемонстрировал новую технологию. Один из соучредителей компании, физик по образованию, разработал проект по производству чистой энергии, используя мощные высокоточные лазеры. Они запускают термоядерные реакции между водородом и бором-11 вместо того, чтобы нагревать изотопы водорода до температуры в сотни миллионов градусов. Два года назад компания подала заявку на патент технологии.

Как работает классический термоядерный синтез?

Ядерный синтез (в данном случае речь о термоядерном синтезе) — это реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Такая реакция обратна делению атомов: в последней энергия выделяется за счет расщепления тяжелых ядер на более легкие.

Изображение Oleg Gamulinskiy с сайта Pixabay

Реакции синтеза —  это фундаментальный энергетический процесс, который приводит в действие звезды, включая наше Солнце. Там его обеспечивают атомы водорода, перегретые до десятков миллионов градусов. Человечество много лет пытается повторить этот процесс здесь, на Земле.

Чем отличается новый подход?

Использование лазеров вместо термоядерного синтеза было предсказано еще в 1970-х годах. Автор идеи — австралийский физик-теоретик и соучредитель HB11 Energy Генрих Хор из Университета Нового Южного Уэльса. Новый способ получения чистой энергии радикально отличается от большинства других термоядерных реакций, которые требуют нагревания изотопов водорода до миллионов градусов.

В HB11 используется другой подход. В качестве топливного элемента он использовал много водорода и бора-11, а для того, чтобы запустить реакцию синтеза, — ультрасовременный комплекс высокоточных и мощных лазеров.

В ходе первой демонстрации концепции реакция синтеза водорода и бора произвела в 10 раз больше термоядерных реакций, чем ожидалось. Представители компании заявляют, что теперь HB11 Energy является «глобальным лидером в гонке за коммерциализацию святого Грааля чистой энергии».

Как это работает?

Опытная установка представляет собой металлическую сферу, в центральной части которой располагается небольших размеров топливная ячейка. Также есть специальные отверстия для работы лазерных установок. Один из лазеров формирует магнитное поле, чья задача удерживать плазмы. Второй — отвечает за запуск цепной термоядерной реакции.

Схематическое изображение рабочей установки. Фото: HB11 Energy

Ядерные реакции между протонами и ядрами бора-11 (синтез p-B), в результате которых появились α-частицы, инициировались в плазме. Она появилась в результате работы лазера класса PW, который целился в мишень из нитрида бора (BN) толщиной 0,2 мм.

Высокая скорость реакции синтеза p–B и, следовательно, большой поток α-частиц были созданы и измерены благодаря потоку протонов, ускоренному на передней поверхности мишени. Это первый эксперимент, который подтвердил принцип действия лазерного синтеза. Альфа-частицы, которые появляются в результате реакции, создают электрический ток, который практически сразу можно ретранслирован в сеть.

Примечательно, что в водородно-борных реакциях используется безопасное и распространенное топливо, которое не создает нейтронов в первичной реакции. Таким образом, они вызывают незначительное количество короткоживущих отходов и могут обеспечивать крупномасштабную мощность для базовой электрической сети или производства водорода. Конструкция не оснащена теплообменником и турбиной за ненадобностью.

Зачем?

В будущем такие технологии синтеза заменят собой традиционные источники энергии. Масштабируемая технология поможет обратить вспять последствия глобального потепления, вызванного выбросами парниковых газов.


Читать далее

Ученые назвали первый признак, по которому надо искать внеземную жизнь

Потенциально опасный астероид приблизится к Земле ко Дню дураков

Генетики победили аллергию на кошек с помощью CRISPR