Термоядерный синтез — это страшное неконтролируемое состояние или перспективный источник энергии? Ученые считают, что верно именно второе.
Ученые в США и Европе продвинулись на пути к созданию самовозобновляемой энергии ядерного синтеза. Ядерный синтез — это то, что происходит на Солнце и других звездах. Во время этого процесса два атомных ядра соединяются и образуется одно большое ядро.
Термоядерная энергетика может обеспечить почти неисчерпаемый источник энергии для будущих поколений, но впереди еще много работы.
Что сделали авторы нового исследования?
Исследователи заявили, что в феврале 2022 года они получили 59 мегаджоулей устойчивой термоядерной энергии — они воспроизвели тот же процесс, который питает звезды, в частности, Солнце. Предыдущий рекорд составлял чуть менее 22 мегаджоулей. Его установили в 1997 году.
Иэн Чэпмен, глава управления по атомной энергии в Великобритании, назвал это знаковым событием, которое приближает исследователей к решению одного из самых больших вопросов в науке: как получить бесконечную энергию с помощью ядерного синтеза.
«Мы накапливаем знания и разрабатываем новые технологии, необходимые для создания низкоуглеродного, устойчивого источника базовой энергии, который поможет нам использовать меньше ресурсов Земли, — сказал Чепмен, — наш мир нуждается в термоядерной энергии».
Как проходил эксперимент?
В конце января 2022 года исследователи из США использовали самый большой в мире лазер и заставили термоядерное топливо нагреться до состояния горящей плазмы. Это была попытка создать самоподдерживающую энергию ядерного синтеза.
Плазма — это нагретые газы, где происходят реакции синтеза. В них находятся заряженные частицы, которые удерживают на месте мощные магнитные поля.
Ученые предупредили, что в этом направлении необходимы еще годы работы, а достигнутый на данный момент уровень энергии является небольшим. Для сравнения, 59 мегаджоулей достаточно, чтобы вскипятить около 60 чайников воды.
Как работает ядерный синтез?
Сегодня атомные электростанции используют ядерное деление — это, по сути, расщепление ядра атома, а ядерный синтез — это процесс соединения двух атомных ядер. Обе реакции выделяют большое количество энергии, но при ядерном синтезе получается больше энергии и образуется мало ядерных отходов.
Слияние происходит, когда два легких атома соединяются вместе или сливаются, формируя более тяжелый. Общая масса нового атома меньше, чем у двух, которые его образовали. Недостающая масса выделяется в виде энергии, это подтверждено в знаменитом уравнении Альберта Эйнштейна: E = mc².
Существует несколько способов воспроизвести ядерный синтез: все они основаны на различных атомных комбинациях. Наиболее популярный — это слияние атома дейтерия с атомом трития. Для этого процесса нужна температура примерно 39 млн °C. В результате производится 17,6 млн электрон-вольт энергии.
Дейтерий — многообещающий компонент, так как это изотоп водорода. Водород — это компонент воды, а 3,8 л воды могут произвести столько же энергии, сколько 1 136 л бензина.
В чем проблема термоядерного синтеза?
Ядерная термоядерная энергетика может стать почти неисчерпаемым источником энергии для будущих поколений, но также создает множество научных и инженерных проблем. На Солнце есть необходимые условия для ядерного синтеза, они образуются благодаря мощным гравитационным силам. Но на Земле повторить это гораздо труднее.
Термоядерное топливо — например, различные изотопы водорода — надо нагреть до экстремальных температур: примерно 50 млн °C. И такие состояние надо поддерживать при сильном давлении достаточно долго, чтобы ядра могли слиться.
В последнем эксперименте с ядерным синтезом ученые получили 59 мегаджоулей энергии за 5 сек. Если выразить это в единицах мощности, то получится чуть более 11 МВт за пять секунд, в среднем. Предыдущий рекорд в 22 мегаджоуля — это 4,4 МВт за 5 сек.
Тони Донн, программный менеджер EUROfusion group, ответственный за исследование, сказал, что ученые находятся на правильном пути.
«Если мы можем поддерживать ядерный синтез в течение пяти секунд, мы можем делать это в течение пяти минут, а затем и пяти часов. Все по мере расширения наших возможностей», — сказал Донн.
Профессор Донне сказал, что ядерный синтез может стать ключевым экологически чистым и устойчивым источником энергии в будущем. Он имеет ключевые преимущества, например, не приводит к образованию радиоактивных отходов, а материалы реактора можно переработать или повторно использовать в течение 100–300 лет.
Читать далее:
Черная дыра в Галактике подтвердила правоту Эйнштейна. Главное
Космос разрушает кости и меняет их структуру: ученые не знают, как люди полетят на Марс
Астрономы нашли планеты, которые отличаются от Земли, но пригодны для жизни