Сила синтеза давно считается священным граалем альтернативной энергии. Чистая, изобильная энергия, созданная благодаря самоподдерживающемуся процессу, когда атомные ядра сливаются при чрезвычайно высоких температурах. Достижение этой цели было целью исследователей и физиков более полувека, но прогресс был медленным. В то время как наука о силе синтеза тверда, процесс не совсем практичен.
Короче говоря, синтез может считаться жизнеспособной формой энергии, только если количество энергии, используемой для инициирования реакции, меньше, чем произведенная энергия. К счастью, в последние годы для достижения этой цели был предпринят ряд позитивных шагов. Последние поступили из Китая, где недавно исследователи Экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего токамака (EAST) сообщили, что достигли рубежа синтеза.
Многие разные концепции слияния были предложены и проверены на протяжении многих лет. В настоящее время двумя наиболее популярными конструкциями являются подход с инерционным ограничением и реактор на токамаке. В первом случае лазеры используются для плавления гранул дейтериевого топлива для создания реакции синтеза. В последнем процесс включает в себя камеру в форме тора, которая использует магнитные поля и внутренний ток для удержания плазмы высокой энергии.
Используя токамак, который имеет три отличительные особенности - некруглое поперечное сечение, полностью сверхпроводящие магниты и полностью активно охлаждаемые плазмой компоненты (PFCs) с водяным охлаждением - ученые на установке EAST объявили на прошлой неделе, что они могут производить водородный газ, который был в три раза горячее, чем ядро Солнца (около 50 миллионов ° C; 90 миллионов ° F), и смог поддерживать эту температуру в течение рекордных 102 секунд.
Это немалое достижение, так как заключение и поддержание температуры необходимы для создания термоядерной энергии. После запуска термоядерные реакторы должны быть способны поддерживать реакцию в течение длительного периода времени, главным образом потому, что количество энергии, необходимое для ее инициирования, значительно. Но, конечно, поддерживать и удерживать такую высокоэнергетическую плазму довольно сложно и потенциально опасно.
Способность поддерживать высокоэнергетическую плазму в течение более полутора минут обеспечивает установку EAST, которая является частью Института физических наук в Хэфэй в Цзянсу, на шаг впереди в глобальной гонке синтеза. Воссоздав стабильные условия, в которых естественным образом происходит слияние, то есть во внутренней части Солнца, человечество может быть на шаг ближе к мечте о чистой и практически безграничной энергии.
Но, конечно, есть некоторый скептицизм в отношении этого утверждения. До сих пор Институтом физических наук было объявлено только одно. И до тех пор, пока не будут предоставлены результаты рецензирования, претензия останется неподтвержденной. Однако, если их результаты будут подтверждены, это будет означать, что, скорее всего, будет конкуренция, чтобы увидеть, кто может получить все более хорошие результаты. И это соревнование уже может быть!
Всего за несколько дней до того, как предприятие EAST объявило об этом событии, исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии сделали собственное объявление. Здесь исследователи утверждают, что стелларатор Wendelstein 7-X (W7X) - самый большой термоядерный реактор в своем роде - впервые успешно смог произвести и поддерживать водородную плазму.
По конструкции аналогично токамаку, стеллератор использует витые кольца и внешние магниты для удержания плазмы. Как один из наиболее известных примеров использования стелларатора, Wendelstein 7-X смог нагреть газообразный водород до температуры 80 миллионов градусов по Цельсию и выдержать это плазменное облако в течение четверти секунды. Короче говоря, они достигли реакции, которая произвела больше энергии, но гораздо меньше времени.
В ближайшие годы ожидается больше новостей на фронте термоядерного синтеза, поскольку такие проекты, как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), будут запущены в режиме онлайн. Расположенная на юге Франции, ИТЭР будет использовать самый большой в мире экспериментальный реактор на токамаке и станет крупнейшим экспериментом в области термоядерного синтеза на сегодняшний день. Средство EAST сообщило, что оно намерено принять непосредственное участие в ИТЭР и предоставит свой опыт и знания.
Хотя до термоядерных реакторов еще много лет, чтобы решить все наши энергетические проблемы, приятно знать, что мы предпринимаем соответствующие шаги для того, чтобы сделать это реальностью. Кто знает? Когда-нибудь наши дети (или внуки) могут оглянуться на начало 21-го века, как на «эпоху перед слиянием», и удивиться, как же нам удалось обойтись!
