Ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL, США) совершили настоящий прорыв в сфере термоядерной энергетики: им удалось достичь термоядерного воспламенения (ignition), которое представляет собой самоподдерживающуюся реакцию термоядерного синтеза, которая на выходе дает больше энергии, чем потребовалось на ее запуск.
Еще несколько дней назад стало известно о том, что 5 декабря специалистам National Ignition Facility (NIF) при Ливерморской лаборатории удалось провести первый в истории успешный эксперимент по управляемому термоядерному синтезу и достичь реакции с положительным выходом энергии. Теперь эту информацию официально подтвердили.
Министерство энергетики США и Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA) называют достижение ученых научным подвигом, к которому шли десятилетиями.
Ядерный синтез — это реакция с выделением большого количества энергии, объединяющая простые атомные ядра в более сложные (например, атомы водорода объединяются в гелий). Ядерный синтез происходит, например, в ядрах звезд: огромное количество молекулярной пыли коллапсирует под действием гравитации и создает огромное давление и тепло в ядрах зарождающихся звезд.
Как рассказывает Space.com, десятилетиями ученые гонялись за ядерным синтезом как за святым Граалем, видя в нем будущее устойчивого производства энергии. Еще в 60-ые годы прошлого века ученые в США предположили, что для запуска реакции синтеза можно использовать лазеры – с их помощью можно будет создать необходимые для запуска реакции давление и температуру. Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием.
С тех пор прошло около 60 лет, и лишь теперь ученым из Ливерморской национальной лаборатории удалось сделать реальный шаг к созданию дающих энергию «звезд» внутри реакторов здесь, на Земле.
Ученые из Ливерморской национальной лаборатории использовали самую мощную в мире лазерную установку. Часть этой установки можно увидеть на фото ниже, полностью же она на одной фотографии бы не поместилась, так как размером со спортивный стадион. 192 мощных лазерных луча в ней используются для создания температур и давлений, подобных тем, что возникают в ядрах звезд и планет-гигантов.
В ходе эксперимента установка доставила до крошечной капсулы с топливом 2,05 МДж энергии, а в результате реакции получено было 3,15 МДж энергии. То есть на выходе удалось получить более чем в полтора раза больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции.
Для выполнения термоядерного зажигания капсулу с топливом поместили в хольраум (фото ниже), который представляет собой крошечную камеру, в стенках которой лазерное излучение превращается в рентгеновские лучи, которые сжимают топливо до тех пор, пока оно не взорвется, создавая плазму с очень высокими температурой и давлением.
Отметим, что в последние годы ученые лаборатории провели несколько экспериментов по термоядерному синтезу, однако им не удавалось получать достаточное количество энергии. Так, в 2014 году ученые смогли произвести примерно столько энергии, сколько 60-ваттная лампочка потребляет за 5 минут. А в прошлом году им удалось достичь выходной мощности в 10 квадриллионов ватт, что составляет примерно 70% энергии, потребляемой в ходе эксперимента.
Лишь в ходе последнего эксперимента удалось произвести немного больше энергии, чем было затрачено, и это означает, что в течение короткого времени реакция должна была быть в состоянии поддерживать себя, используя свою собственную энергию для синтеза дополнительных атомов водорода и не полагаясь на энергию, полученную от лазеров.
Исследование ученых, конечно, можно смело назвать серьезным достижением, однако нужно понимать, что до того момента, когда термоядерная энергетика станет частью нашей жизни, пройдет еще немало времени, и потребуется множество других исследований и экспериментов.
«Воспламенение — это первый шаг, поистине монументальный шаг, который закладывает основу для десятилетия преобразований в науке о высокой плотности энергии и исследованиях термоядерного синтеза. Мне не терпится увидеть, куда этот путь нас приведет», — сказала директор LLNL доктор Ким Будил в беседе с журналистами.
Не исключено, что именно это исследование в будущем приведет к самой настоящей революции в мировой энергетике: термоядерная энергия может стать альтернативой как атомным электростанциям, работающим за счет расщепления атомов, а не их синтеза, так и углеводородному топливу. Более того, альтернативой она будет более безопасной, так как избавит нас от вредных выбросов в атмосферу и от потенциально опасных радиоактивных отходов, которые являются побочным продуктом расщепления атомов.
месяц
неделя
день