Генерирование бесконечной энергии с нулевыми выбросами путем простого сближения атомов водорода уже несколько десятилетий было несбыточной мечтой. Теперь, благодаря футуристическому эксперименту и десяткам плазменных пушек, ученые могут приблизиться к возможной мощности термоядерного синтеза.
Восемнадцать из 36 плазменных пушек установлены на машине, которая может сделать термоядерную энергию реальностью. Эти пистолеты являются ключевыми компонентами эксперимента по плазменным лайнерам (PLX) Национальной лаборатории Лос-Аламоса, в котором используется новый подход к проблеме. PLX, если это сработает, объединит два существующих метода сбивания однопротонных атомов водорода вместе, чтобы сформировать двухпротонные атомы гелия. Этот процесс генерирует огромное количество энергии на единицу топлива, гораздо больше, чем расщепление тяжелых атомов (деление). Надежда состоит в том, что метод, впервые примененный в PLX, научит ученых, как создавать эту энергию достаточно эффективно, чтобы ее можно было использовать в реальных условиях.
Обещание слияния состоит в том, что он производит тонны энергии. Каждый раз, когда два атома водорода сливаются в гелий, небольшая часть их вещества превращается в большое количество энергии.
Проблема слияния состоит в том, что никто не понял, как генерировать эту энергию полезным способом.
Принципы достаточно просты, но исполнение является проблемой. В настоящее время в мире существует множество водородных бомб, которые могут мгновенно высвободить всю свою энергию и уничтожить себя (и все остальное вокруг на многие мили). Случайный ребенок даже может построить крошечный неэффективный термоядерный реактор в своей игровой комнате. Но существующие термоядерные реакторы поглощают больше энергии, чем создают. Никому еще не удалось создать контролируемую, устойчивую реакцию синтеза, которая выделяет больше энергии, чем потребляется машиной, создающей и сдерживающей реакцию.
Первый из двух методов объединения PLX называется магнитным удержанием. Это то, что используется в термоядерных реакторах, называемых токамаксами, которые используют мощные магниты для подвешивания перегретой, сверхплотной плазмы плавящихся атомов внутри машины, чтобы она продолжала плавиться и не выходила из строя. Самым крупным из них является ITER, 25 000-тонная (23 000 метрических) машина во Франции. Но этот проект столкнулся с задержками и перерасходом средств, и даже оптимистичные прогнозы предполагают, что он не будет завершен до 2050-х годов, как сообщает BBC в 2017 году.
Второй подход называется инерционным ограничением. Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, еще одно подразделение Министерства энергетики, имеет машину под названием «Национальное средство зажигания» (NIF), которая ведет этот путь к слиянию. NIF - это очень большая система для запуска сверхмощных лазеров в крошечные топливные элементы, содержащие водород. Когда лазеры попадают в топливо, водород нагревается и, попав в топливный элемент, плавится. NIF работает, но он не генерирует больше энергии, чем использует.
PLX, согласно заявлению Американского физического общества (APS), немного отличается от любого из этих двух. Он использует магниты для содержания водорода, как токамак. Но этот водород доводится до температур и давлений термоядерного синтеза горячими струями плазмы, стреляющими из пушек, расположенных вокруг сферической камеры устройства, с использованием пушек вместо лазеров, подобных тем, которые используются в NIF.
Согласно APS, физики, возглавляющие проект PLX, провели несколько ранних экспериментов с использованием 18 уже установленных пушек. Эти эксперименты предоставили исследователям ранние данные о том, как ведут себя плазменные струи, когда они сталкиваются внутри машины, и исследователи представили эти данные вчера (21 октября) на ежегодном собрании Отдела физики плазмы APS в Форт-Лодердейле, штат Флорида. Эти данные важны, заявили исследователи, поскольку существуют противоречивые теоретические модели того, как именно ведет себя плазма, когда она сталкивается при столкновениях такого рода.
Лос-Аламос сказал, что команда надеется установить оставшиеся 18 пушек в начале 2020 года и провести эксперименты с использованием полной батареи с 36 плазменными пушками к концу этого года.
