Новости

Новости

21 декабря 2022, 00:01

Наука
Главная / Истории /

Как ученым удалось добиться первого в истории термоядерного синтеза

Необузданная энергия. Как ученые получили первый в истории термоядерный синтез

Американское министерство энергетики объявило, что на самой большой и мощной лазерной установке в мире National Ignition Facility (NIF) впервые в истории был "зажжен" реальный термоядерный синтез. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.

Фото: Lawrence Livermore National Laboratory/Zuma/ТАСС

Железный Человек Тони Старк, герой киновселенной Marvel, сумел построить сверхкомпактный термоядерный реактор и вживить его в собственную грудь. Устройство генерировало так много энергии, что ее с лихвой хватало для работы всех систем высокотехнологичных костюмов гениального изобретателя. К сожалению, в реальной жизни до этого еще очень далеко, но первые шаги уже сделаны.

Термоядерным синтезом называют процесс, в ходе которого два легких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое, высвобождая при этом огромное количество энергии. Все реакции происходят в плазме – горячем заряженном газе, состоящем из положительных ионов и свободно движущихся электронов. Именно так миллиардами лет "работают" все звезды, включая наше Солнце.

Ученые вот уже несколько десятилетий пытаются воспроизвести этот процесс в лабораторных условиях. Если удастся, человечество получит практически безграничное количество чистой, безопасной и доступной энергии.

Существующие сегодня электростанции подобного типа используют противоположный эффект – реакцию распада ядер урана. Но при термоядерном синтезе можно получить намного больше энергии. Согласно расчетам, при использовании всего нескольких граммов такого топлива можно произвести один тераджоуль энергии – примерно столько средний человек потребляет за всю свою жизнь.

Вот почему уже почти 70 лет исследователи разных стран пытаются построить термоядерный реактор. Иногда им все-таки удавалось запустить реакцию, но полученная энергия всегда была меньше той, которую потратили на работу установки.

Но в декабре 2022 года исследователи из NIF сфокусировали лазер мощностью 2,05 МДж на крошечной капсуле термоядерного топлива и вызвали реакцию, которая произвела 3,15 МДж энергии. Это, конечно, не очень много, но зато в полтора раза больше, чем было затрачено.

В сильно упрощенном описании работа установки выглядит так: лазер, расположенный в комплексе размером с три футбольных поля, излучает мощный инфракрасный импульс длительностью в несколько наносекунд, разделенный на 192 луча. Они фокусируются на цели – маленькой золотой сфере, содержащей алмазную топливную капсулу размером с перчинку.

Фото: Lawrence Livermore National Laboratory/Zuma/ТАСС

Нагретое до миллионов градусов золото испускает рентгеновские лучи, которые испаряют оболочку. Топливо при этом сильно сжимается и вспыхивает – в нем начинается реакция синтеза. Если все сделано правильно, тепло от первой вспышки вызывает дальнейшее горение. Самоподдерживающаяся реакция длится, пока не закончится топливо.

Ученым NIF удалось "поджечь" синтез (пусть и всего на доли секунды), и это, несомненно, большой прорыв. Но все-таки стоит упомянуть и о минусах. Во-первых, чтобы лазер выдал вспышку мощностью 2 МДж, исследователям пришлось затратить буквально сотни мегаджоулей энергии. Даже самые совершенные лазеры сегодня не обладают столь большим КПД. То есть говорить о том, что термоядерный синтез стал безубыточным, пока очень рано.

Во-вторых, даже если когда-нибудь реакторы начнут выдавать мощнейшие потоки тепловой энергии, инженерам еще предстоит придумать, как ее превратить в электричество. При всем уровне развития современных технологий человечество до сих пор не изобрело ничего лучше "чайника": тепло от ядерной реакции нагревает резервуар с водой, она вскипает, и образовавшийся пар под высоким давлением вращает соединенные с генератором лопасти турбины. Ее максимальный КПД – чуть больше 30%, так что две трети полученной энергии будут потрачены в никуда.

В груди Тони Старка должен был помещаться не только реактор, но и паровая турбина с генератором, а также мощная охлаждающая система, отводящая лишнее тепло. Так что Железный Человек – чистой воды фантастика.

Хотя…

Ещё больше новостей — в телеграм-канале Москва 24 Подписывайтесь!
закрыть
Обратная связь
Форма обратной связи
Прикрепить файл

Отправить

закрыть
Яндекс.Метрика