Олена Ребрик
Вчені вперше отримали палаючу плазму: крок на шляху до використання термоядерної енергії?
Автор
Національна лабораторія Міністерства енергетики США в Лівермор, штат Каліфорнія/Деміен Джемісон/REUTERS1x
Прослухати
--:--
--:--
Вчені з уряду США заявили, що зробили важливий крок на довгому шляху до того, щоби ядерний синтез — саме той процес, який живить зірки — став життєздатним джерелом енергії для людства.
Використовуючи найбільший у світі лазер, дослідники вперше примусили термоядерне паливо нагріти себе до більшої температури, ніж воно було піддане, досягнувши явища, що має назву палаюча плазма. Зазначається, що йдеться про ймовірність у майбутньому досягнення самопідтримуючої термоядерної енергії.
Термоядерна енергія — енергія у деякій придатній до використання формі (як правило, електрика), джерелом якої є реакція термоядерного синтезу. У певному сенсі термоядерною є більшість генерованої енергії, оскільки вона врешті-решт є акумульованою сонячною, а Сонце є природним термоядерним реактором. Однак у вузькому значенні термін використовується стосовно енергії, що продукується під час штучно підтримуваної реакції термоядерного синтезу. Досі жодного термоядерного електрогенератора не існує, хоча експерименти тривають.
Кількість виробленої енергії була незначна — приблизний еквівалент дев’яти дев’ятивольтових батарейок того типу, що живлять детектори диму та інші невеликі пристрої. Але експерименти у Ліверморській національній лабораторії у Каліфорнії стали віхою в багаторічному прагненні використовувати термоядерну енергію, навіть якщо дослідники застерігали, що необхідні роки роботи.
Зазначається, що досягти палаючої плазми вдалося за допомогою інерційного термоядерного синтезу.
Інерційний керований термоядерний синтез — тип досліджень в термоядерній енергетиці, в якому намагаються ініціювати термоядерну реакцію за допомогою нагрівання та стискання мішені, зазвичай у формі кульки, що складається з суміші дейтерія та тритія.
Експерименти викликали самонагрівання речовини в плазмовому стані шляхом ядерного синтезу, який є об’єднанням атомних ядер для вивільнення енергії.
Плазма є одним із різних станів речовини, на ряду з твердим, рідким і газоподібним.
«Якщо ви хочете розпалити вогонь, ви хочете розігріти вогонь настільки, щоб дрова могли продовжувати горіти самостійно», — каже Алекс Зілстра, фізик-експериментатор з Ліверморської національної лабораторії, що входить до складу Департаменту енергетики США, автор дослідження, опублікованого в журналі Nature.
«Це хороша аналогія для палаючої плазми, де термоядерний синтез зараз починає ставати самопідтримуючим», — сказав Зілстра.
Вчені направили 192 лазерних промені на невелику мішень, що містить капсулу діаметром менше десятої частини дюйма (близько 2 мм), наповнену термоядерним паливом, що складається з плазми дейтерію і тритію — двох ізотопів або форм водню.
При дуже високих температурах з’являються ядро дейтерію і ядро тритію, нейтрон і позитивно заряджена частинка, яка називається «альфа-частинка», що складається з двох протонів і двох нейтронів, і виділяється енергія.
«Для термоядерного синтезу потрібно, щоб паливо було неймовірно гарячим, щоб воно згоріло — як звичайний вогонь, але для термоядерного синтезу нам потрібно близько ста мільйонів градусів (за Фаренгейтом). Протягом десятиліть ми могли викликати реакції синтезу в експерименті, вкладаючи багато тепла в паливо, але цього недостатньо, щоб виробляти чисту енергію від термоядерного синтезу», — сказав Зілстра.
«Тепер вперше реакції термоядерного синтезу, що відбуваються в паливі, забезпечували більшу частину нагріву — тому термоядерний синтез починає домінувати над нагрівом, який ми зробили. Це новий режим, який називається горіння плазми», — сказав Зілстра.
На відміну від спалювання викопного палива або процесу поділу існуючих атомних електростанцій, термоядерний синтез пропонує перспективу великої енергії без забруднення, радіоактивних відходів або парникових газів. Енергія поділу ядра надходить від розщеплення атомів. Енергія синтезу надходить від злиття атомів разом, як усередині зірок, включаючи наше Сонце.
Підприємства приватного сектора — десятки компаній та установ — також прагнуть до майбутнього термоядерної енергії, а деякі нафтові компанії навіть інвестують, пише Reuters.
«Енергія термоядерного синтезу — це святий Грааль чистої безмежної енергії», — сказала Енні Крітчер з Ліверморської національної лабораторії, провідна дизайнерка експериментів, проведених у 2020 і 2021 роках в National Ignition Facility і перший автор супровідної статті, опублікованої в журналі Nature Physics.
У цих експериментах термоядерний синтез виробляв приблизно в 10 разів більше енергії, ніж витрачалося на нагрівання палива, але менше 10% загальної кількості енергії лазера, оскільки процес залишається неефективним, сказав Зілстра. Лазер використовувався лише близько 10 мільярдних часток секунди в кожному експерименті, а виробництво термоядерного синтезу тривало 100 трильйонних часток секунди, додав Крітчер.
Зілстра сказав, що його надихає прогрес.
«Реалізація термоядерного синтезу є надзвичайно складною технологічною проблемою, і для того, щоб зробити його практичним та економічним, потрібні серйозні інвестиції та інновації», — сказав Зілстра. «Я розглядаю термоядерний синтез як виклик десятирічного масштабу, щоб він став життєздатним джерелом енергії».
Підтримуйте Громадське радіо на Patreon, а також встановлюйте наш додаток:
якщо у вас Android
якщо у вас iOS
