Прорыв в ядерном синтезе дает надежду будущим поколениям, но реальность может быть сложнее | Новости науки и техники

Это исторический момент в науке о термоядерном синтезе.

Ученые преследуют мечту о производстве энергии путем ядерного синтеза уже более 70 лет.

Хотя термоядерный синтез — та же самая реакция, которая питает солнце — много раз достигался в различных типах устройств по всему миру, все они требуют огромного количества энергии для запуска синтеза.

Это первый раз, когда они произвел больше энергии от реакции синтеза, чем они вводят.

И если вы хотите получать энергию из синтеза, достижение этого — самый фундаментальный шаг.

Но приближает ли это нас к реализации коммерческих термоядерная реакция?

На теоретическом уровне да, это так. Кто-то должен был первым показать, что можно получить прирост энергии от термоядерного синтеза на Земле.

Но на практическом уровне не очень.

Во-первых, учтите, что, хотя команда США получила больше энергии из своей реакционной камеры, чем они вложили в нее, общая энергия, которую они должны были вложить в свои энергоемкие лазеры, чтобы создать звездообразные условия для протекания реакции, была в 100 раз больше. что они получили от слияния.

Это потеря 99%, а не чистый прирост энергии.

Другим важным предостережением является невероятная Национальная установка зажигания (NIF) в Ливерморской лаборатории Лоуренса в Калифорнии, которая добилась результата, а не термоядерного реактора. Это экспериментальный инструмент, основной функцией которого является испытание атомного оружия для правительства США.

Созданное ими слияние длилось около 100 триллионных долей секунды и произвело достаточно энергии, чтобы вскипятить около семи чайников. Колоссальное количество энергии, учитывая масштабы времени, но вряд ли это источник энергии будущего.

Создание такой машины означает использование термоядерного синтеза в течение нескольких дней или месяцев, а не наносекунд. А затем каким-то образом улавливать эту энергию, чтобы преобразовывать ее в электричество.

И это очень, очень сложная научная и инженерная задача.

Не единственная игра в городе

Возможно, NIF не приближает нас к этому.

Но, к счастью для термоядерной науки и для человечества, которое однажды получит почти безграничную энергию практически без потерь, это не единственная игра в городе.

Есть несколько финансируемых государством термоядерных проектов, одно огромное международное сотрудничество под названием ИТЭР во Франции и более 30 небольших коммерческих термоядерных предприятий.

Почти все они разрабатываются с расчетом на создание энергетического реактора.

Но также важно сказать, что ни один из них еще не очень близок. Наиболее распространенный подход: использование магнитов для удержания заряженной термоядерной плазмы в сферическом реакторе или реакторе в форме пончика имеет самый очевидный путь к успеху.

Некоторые финансируемые из частных источников подходы, такие как ведущее британское предприятие Tokomak Energy, намеренно стремятся быть небольшими, чтобы они могли экспериментировать с новыми материалами и магнитными технологиями.

«Чем меньше вы можете сделать реактор, тем более рентабельным он будет», — говорит доктор Грег Бриттлс, старший инженер по магнитам.

«На этапе разработки это означает, что мы можем достичь цели быстрее. Мы можем быстро ошибаться. Мы можем быстро учиться. Мы можем создавать вещи и учиться.

«И это позволит нам как можно быстрее получить синтез, который нужен всем», — говорит он.

План компании состоит в том, чтобы к 2030-м годам получать электроэнергию из пилотного коммерческого реактора.

Нажмите, чтобы подписаться на ClimateCast, где бы вы ни получали свои подкасты.

Использование силы солнца

Но другие эксперты сомневаются в этих утверждениях. Некоторые проблемы создания реактора коммерческого масштаба экспоненциально возрастают с ростом его размера, говорит ученый-ядерщик доктор Ричард Питтс.

Возможно, так и было бы, потому что он один из ведущих ученых ИТЭР, крупнейшего в мире термоядерного эксперимента.

Он утверждает, что хотя у небольших стартапов могут быть новейшие технологии, у них просто нет финансовой поддержки для решения больших проблем физики и техники, которые постоянно возникают при термоядерном синтезе.

«Они очень далеки от масштабов, необходимых для выработки термоядерной энергии на своих устройствах», — говорит доктор Питтс.

«Для этого вам нужно быть в масштабе завода ИТЭР. И когда вы достигаете этих масштабов, жизнь становится намного сложнее».

Одно можно сказать наверняка: термоядерный синтез вряд ли произойдет достаточно быстро или, по крайней мере, в достаточном масштабе, чтобы решить текущую проблему человечества: найти новый источник энергии для замены ископаемого топлива.

Для этого нам нужно использовать существующие технологии.

Но сегодняшний прорыв вселяет искреннюю надежду, что будущие поколения смогут использовать энергию солнца здесь, на Земле. Со всеми преимуществами, которые могут принести.