Բեկում ջերմամիջուկային սինթեզի էներգետիկայի ոլորտում. ռեակցիան արտադրել է 1․5 անգամ շատ էներգիա, քան կիրառվել է այն սկսելու համար

Է. Լոուրենսի անվան Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի գիտնականները (ԱՄՆ) բեկումնային հաջողության են հասել ջերմամիջուկային էներգետիկայի ոլորտում. նրանց հաջողվել է հասնել ջերմամիջուկային բռնկման, որն իրենից ներկայացնում է ջերմամիջուկային սինթեզի ինքնաապահովվող ռեակցիա․ այն փաստացի ավելի շատ էներգիա է արտադրում, քան կիրառվում է այդ ռեակցիան սկսելու համար:

Դեռ մի քանի օր առաջ հայտնի դարձավ, որ դեկտեմբերի 5-ին Լիվերմորի լաբորատորիայի National Ignition Facility-ի մասնագետներն իրականացրել են կառավարվող ջերմամիջուկային սինթեզի երբևէ հաջողված առաջին գիտափորձը և հասել էներգիայի դրական ելքով ռեակցիայի։ Այժմ այս տեղեկությունը պաշտոնապես հաստատվել է։

ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությունը և Միջուկային անվտանգության ազգային վարչությունը գիտնականների ձեռքբերումն անվանում են գիտական առաջընթաց, որին ձգտել են տասնամյակներ շարունակ:

Ի՞նչ է ջերմամիջուկային սինթեզը

Միջուկային սինթեզը մեծ քանակությամբ էներգիայի արտազատման ռեակցիա է, որը միավորում է պարզ ատոմային միջուկները ավելի բարդ միջուկների մեջ (օրինակ՝ ջրածնի ատոմները միանում են՝ առաջացնելով հելիում)։ Միջուկային սինթեզըը տեղի է ունենում, օրինակ, աստղերի միջուկներում. մոլեկուլային փոշու հսկայական քանակությունը փլուզվում է ձգողականության ազդեցության տակ և ստեղծում է հսկայական ճնշում և ջերմություն նորածին աստղերի միջուկներում։

Ինչպես տեղեկացնում է Space.com-ը տասնամյակներ շարունակ գիտնականները ուսումնասիրել են միջուկային սինթեզը՝ դրանում տեսնելով կայուն էներգիայի արտադրության ապագան: Դեռ անցյալ դարի 60-ականներին ԱՄՆ-ի գիտնականներն առաջարկեցին սինթեզի ռեակցիան սկսելու համար օգտագործել լազերներ. նրանք բացատրում էին, որ դրանց օգնությամբ հնարավոր կլինի ստեղծել ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ ճնշում և ջերմաստիճան: Այս մեթոդը կոչվեց իներցիայի պահպանմամբ ջերմամիջուկային վերահսկվող սինթեզ:

Այդ ժամանակից անցել է մոտ 60 տարի, և միայն այժմ Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի գիտնականներին հաջողվել է իրական քայլ կատարել այստեղ՝ Երկրի վրա ռեակտորների ներսում էներգիա ստեղծող «աստղերի» ստեղծման ուղղությամբ։

2․05 ՄՋ մուտքային, 3․15 ՄՋ ելքային էներգիա

Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի գիտնականներն օգտագործել են աշխարհի ամենահզոր լազերային մեքենան: Այս սարքավորման մի մասը կարելի է տեսնել ստորև ներկայացված լուսանկարում, այն ամբողջությամբ չի տեղավորվի մեկ լուսանկարում, քանի որ մարզադաշտի չափ է։ Սարքավորումն օգտագործում է 192 հզոր լազերային ճառագայթներ՝ ստեղծելու այնպիսի ջերմաստիճան և ճնշում, ինչպիսին առաջանում է աստղերի և հսկա մոլորակների միջուկներում:

Գիտափորձի ընթացքում սարքավորումը վառելիքով փոքրիկ պարկուճին մատակարարել է 2,05 ՄՋ էներգիա, իսկ ռեակցիայի արդյունքում ստացվել է 3,15 ՄՋ էներգիա։ Այսինքն՝ ռեակցիայի ավարտին հնարավոր է եղել ստանալ ավելի քան մեկուկես անգամ ավելի շատ էներգիա, քան ծախսվել է ռեակցիան սկսելու վրա։

Սինթեզի բոցավառումն իրականացնելու համար վառելիքով պարկուճը տեղադրվել է (լուսանկարը ստորև) փոքրիկ խցիկում, որտեղ լազերային ճառագայթումը պատերի մեջ վերածվում է ռենտգենյան ճառագայթների։ Դրանք սեղմում են վառելիքը այնքան, մինչև այն պայթում է՝ ստեղծելով բարձր ջերմաստիճանով և ճնշմամբ պլազմա։

Նշենք, որ վերջին տարիներին այս լաբորատորիայի գիտնականները ջերմամիջուկային սինթեզի մի քանի փորձ են կատարել, սակայն նրանց չի հաջողվել բավարար էներգիա ստանալ։ Այսպիսով, 2014 թ․ գիտնականները կարողացան արտադրել մոտավորապես այնքան էներգիա, որքան 60 վտ հզորությամբ լամպը սպառում է 5 րոպեում։ Իսկ անցյալ տարի նրանց հաջողվել է հասնել 10 կվադրիլիոն վատտ ելքային հզորության, ինչը կազմում է փորձի ընթացքում սպառված էներգիայի մոտ 70%-ը։

Միայն վերջին փորձի ընթացքում հաջողվեց արտադրել մի փոքր ավելի շատ էներգիա, քան ծախսվել էր, ինչը նշանակում է, որ ռեակցիան կարճ ժամանակում պետք է կարողանա ինքն իրեն ապահովել էներգիայով՝ օգտագործելով իր սեփական էներգիան, որպեսզի սինթեզի ջրածնի լրացուցիչ ատոմներ և կախված չլինի լազերներից ստացված էներգիայից։

Արդյո՞ք թևակոխում ենք էներգետիկայի նոր դարաշրջան

Գիտնականների հետազոտությունը, իհարկե, առանց վարանելու կարելի է մեծ ձեռքբերում համարել, բայց պետք է հասկանալ, որ շատ ժամանակ կանցնի մինչև այն պահը, երբ ջերմամիջուկային էներգիան կդառնա մեր կյանքի մի մասը, և կպահանջվեն շատ այլ ուսումնասիրություններ ու գիտափորձեր:

«[Ջերմամիջուկային] բոցավառումը առաջին քայլն է, իսկապես մոնումենտալ քայլ, որը հիմք է դնում բարձր խտության էներգիայի մասին գիտության և սինթեզի հետազոտությունների տասնամյակի վերափոխման համար: Անհամբեր սպասում եմ, որպեսզի տեսնեմ, թե ուր կտանի մեզ այս ճանապարհը»,- լրագրողների հետ հարցազրույցում ասել է Է. Լոուրենսի անվան Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի տնօրեն դոկտոր Քիմ Բուդիլը:

Հնարավոր է, որ հենց այս հետազոտությունն էլ ապագայում կհանգեցնի համաշխարհային էներգետիկ արդյունաբերության ոլորտում իրական հեղափոխության. ջերմամիջուկային էներգիան կարող է այլընտրանք դառնալ ինչպես ատոմային էլեկտրակայաններին, որոնք աշխատում են ատոմների տրոհման, այլ ոչ սինթեզի  միջոցով, ինչպես նաև ածխաջրածնային վառելիքին: Ավելին, այս այլընտրանքն ավելի անվտանգ կլինի, քանի որ այն մարդկությանը զերծ կպահի մթնոլորտ վնասակար արտանետումներից և պոտենցիալ վտանգավոր ռադիոակտիվ թափոններից, որոնք ատոմների տրոհման կողմնակի արդյունքն են։