Термояд увеличивает КПД – мечта мира о чистой энергии скоро исполнится?
192 лазера одновременно облучают золотую капсулу – хольраум. Художественное моделирование этого процесса.
Американская установка термоядерного синтеза позволила получить больше энергии, чем было потрачено для её запуска. Но не всё так просто на пути к бесконечному источнику чистой энергии для всего мира.
Учёные сделали новый шаг на пути к заветной цели — управляемому термоядерному синтезу, который в будущем должен обеспечить мир чистой и дешёвой энергией.
Министерство энергетики США заявило, что исследователям из Национального комплекса лазерных термоядерных реакций в Калифорнии (NIF) впервые удалось получить в результате термоядерного синтеза больше энергии, чем было потрачено на "зажигание" термояда.
Эту ускользающую цель специалисты в этой области преследовали в течение семи десятилетий.
Во времена глобального изменения климата, во многом подстёгнутого использованием ископаемого топлива https://smotrim.ru/article/2522170, каждая новая веха развития термоядерной энергетики обнадёживает как никогда. Даже столь, на первый взгляд, незначительная.
Разберёмся, в чём же состоит нынешнее достижение учёных из США.
5 декабря 2022 года специалисты из NIF вызвали управляемую термоядерную реакцию, которая высвободила 3,15 мегаджоуля (МДж) энергии, что эквивалентно силе взрыва примерно трёх динамитных шашек.
Для этого учёные сфокусировали очень мощный лазерный луч на крошечной капсуле с термоядерным топливом: дейтерем и тритием – тяжёлыми изотопами водорода. Таким образом учёные сообщили капсуле энергию 2,05 миллиона джоулей (мегаджоуля).
Облучение длилось нескольких миллиардных долей секунды. Воздействие лазера в установке было коротким, но очень интенсивным.
Это привело к термоядерной реакции, подобной тем, что происходят в центрах звёзд.
Такой метод специалисты называют термоядерным синтезом с инерционным удержанием плазмы.
Полученный прирост выходной энергии оказался примерно в 1,5 раза выше предыдущего рекорда прироста в 0,7 МДж. Приростом здесь условно обозначается разница между полученной и потраченной энергией.
Об устройстве термоядерного реактора NIF мы подробно писали ранее.
20 тесла: новый магнит открывает дорогу управляемому термоядерному синтезу читайте также
Далёкая мечта о бесконечном источнике чистой энергии
Увеличение количества "добавленной" энергии в 1,5 раза можно назвать поистине историческим научным прорывом. Во всяком случае, в таком свете это подают западные источники. Но времена, когда термоядерный синтез станет жизнеспособным источником энергии, наступят ещё нескоро.
Хоть энергия сообщаемая лазером (2 МДж) действительно меньше полученных в результате термоядерного синтеза 3 МДж, для создания экспериментальных лазеров потребовалось почти 300 МДж. Поэтому о настоящем производстве избыточной энергии пока говорить не приходится.
Потребуется ещё много работы, чтобы термоядерный синтез действительно начал производить больше энергии, чем ушло на весь процесс создания и запуска установки. Но новая работа показала, что это в принципе возможно. Остаётся лишь упорно трудиться для достижения этой высокой цели.
"Головоломка термоядерного синтеза" состоит из нескольких частей, которые учёные десятилетиями неуклонно собирают вместе.
Во-первых, условия синтеза очень сложно поддерживать, и любое мелкое несовершенство в капсуле или топливе может повлиять на потребление энергии и снизить эффективность работы установки.
К примеру, сегодня только от 10% до 30% всей энергии, которую "отправляют" лазеры, достигает капсулы с топливом.
Во-вторых, тритий – топливо, нужное для термояда – достаточно редкий в природе элемент.
Сам термоядерный синтез порождает тритий, поэтому исследователи надеются создать способы прямого сбора этого трития. Впрочем, есть и другие методы получения необходимого топлива.
Термоядерные реакторы будущего дадут в два раза больше энергии, или когда ошибка учёных во благо читайте также
Также необходимо будет значительно снизить стоимость термоядерной электростанции, создание которой сейчас обходится в "космические" 3,5 миллиарда долларов США (более 220 миллиардов российских рублей по текущему курсу).
Эта задача потребуют значительных инвестиций как со стороны правительств, так и со стороны частного сектора, заинтересованного в получении бесконечной энергии.
Учёным нужно будет преодолеть эти и другие научные, технологические и финансовые препятствия, до того как электричество для нужд каждого дома, больницы или космической колонии будет производиться с помощью термоядерного синтеза.
Стоит отметить, что управляемый термоядерный синтез – заветная цель исследователей всего мира. Многие другие лаборатории по всему миру придумывают, пробуют и используют разные методы достижения заветной цели.
Так, мы писали о достижениях, полученных с помощью токамаков – это другой тип термоядерного реактора. Рекорды по количеству выходной энергии и температуре нагрева топлива регулярно ставят европейские, корейские и китайские токамаки.
Эксперименты по удержанию плазмы, в которой происходят термоядерные реакции, проводят и в России. Кроме того, уже больше года в Курчатовском институте ведутся исследования с помощью уникального отечественного токамака.
Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".