Ученые впервые получили пылающую плазму: шаг на пути к использованию термоядерной энергии?

Ученые из правительства США заявили, что сделали важный шаг на долгом пути к тому, чтобы ядерный синтез, именно тот процесс, который питает звезды, стал жизнеспособным источником энергии для человечества.

Об этом пишет Reuters и говорится в статье журнала Nature.

Используя крупнейший в мире лазер, исследователи впервые заставили термоядерное топливо нагреть себя до большей температуры, чем оно было подвергнуто, достигнув явления под названием пылающая плазма. Отмечается, что речь идет о вероятности в будущем достижения самоподдерживающейся термоядерной энергии.

Термоядерная энергия — энергия в некоторой пригодной к использованию форме (как правило, электричество), источником которой является реакция термоядерного синтеза. В определенном смысле термоядерной является большинство генерируемой энергии, поскольку она в конце концов является аккумулированной солнечной, а Солнце является естественным термоядерным реактором. Однако в узком смысле термин используется в отношении энергии, продуцируемой при искусственно поддерживаемой реакции термоядерного синтеза. Пока никакого термоядерного электрогенератора не существует, хотя эксперименты продолжаются.

Количество производимой энергии было незначительным — приблизительный эквивалент девяти девятивольтовых батареек того типа, что питают детекторы дыма и другие небольшие устройства. Но эксперименты в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии стали вехой в многолетнем стремлении использовать термоядерную энергию, даже если исследователи предупреждали, что необходимы годы работы.
Отмечается, что достичь пылающей плазмы удалось с помощью инерционного термоядерного синтеза.

Инерционный управляемый термоядерный синтез — тип исследований в термоядерной энергетике, в котором пытаются инициировать термоядерную реакцию посредством нагревания и сжатия мишени, обычно в форме шарика, состоящего из смеси дейтерия и трития.

Эксперименты вызвали самонагревание вещества в плазменном состоянии путем ядерного синтеза, являющегося объединением атомных ядер для высвобождения энергии.

Плазма является одним из различных состояний вещества, наряду с твердым, жидким и газообразным.

«Если вы хотите разжечь огонь, вы хотите разогреть огонь настолько, чтобы дрова могли продолжать гореть самостоятельно», — говорит Алекс Зилстра, физик-экспериментатор из Ливерморской национальной лаборатории, входящий в состав Департамента энергетики США, автор исследования, опубликованного в журнале.
«Это хорошая аналогия для пылающей плазмы, где термоядерный синтез сейчас становится самоподдерживающим», — сказал Зилстра.

Ученые направили 192 лазерных луча на небольшую мишень, содержащую капсулу диаметром менее десятой части дюйма (около 2 мм), наполненную термоядерным топливом, состоящий из плазмы дейтерия и трития — двух изотопов или форм водорода.

При очень высоких температурах появляются ядро дейтерия и ядро трития, нейтрон и положительно заряженная частица, которая называется «альфа-частица», состоящая из двух протонов и двух нейтронов, и выделяется энергия.

«Для термоядерного синтеза нужно, чтобы топливо было невероятно горячим, чтобы оно сгорело — как обычный огонь, но для термоядерного синтеза нам нужно около ста миллионов градусов (по Фаренгейту). В течение десятилетий мы могли вызвать реакции синтеза в эксперименте, вкладывая много тепла в топливо, но этого недостаточно, чтобы производить чистую энергию от термоядерного синтеза», — сказал Зилстра.
«Теперь впервые происходящие в топливе реакции термоядерного синтеза обеспечивали большую часть нагрева — поэтому термоядерный синтез начинает доминировать над нагревом, который мы произвели. Это новый режим, называемый горением плазмы», — сказал Зилстра.

В отличие от сжигания ископаемого топлива или процесса разделения существующих атомных электростанций термоядерный синтез предлагает перспективу большой энергии без загрязнения, радиоактивных отходов или парниковых газов. Энергия разделения ядра поступает от расщепления атомов. Энергия синтеза поступает от слияния атомов вместе как внутри звезд, включая наше Солнце.

Предприятия частного сектора — десятки компаний и учреждений — также стремятся к будущему термоядерной энергии, а некоторые нефтяные компании даже инвестируют, пишет Reuters.

«Энергия термоядерного синтеза — это святой Грааль чистой безграничной энергии», — сказала Энни Критчер из Ливерморской национальной лаборатории, ведущий дизайнер экспериментов, проведенных в 2020 и 2021 годах в National Ignition Facility и первый автор сопроводительной статьи, опубликованной в журнале Nature.
В этих экспериментах термоядерный синтез производил примерно в 10 раз больше энергии, чем тратилось на нагрев топлива, но менее 10% от общего количества энергии лазера, поскольку процесс остается неэффективным, сказал Зилстра. Лазер использовался только около 10 миллиардных долей секунды в каждом эксперименте, а производство термоядерного синтеза продолжалось 100 триллионных долей секунды, добавил Критчер.

Зилстра сказал, что его вдохновляет прогресс.

«Реализация термоядерного синтеза является очень сложной технологической проблемой, и для того, чтобы сделать его практическим и экономичным, нужны серьезные инвестиции и инновации», — сказал Зилстра. — «Я рассматриваю термоядерный синтез как вызов десятилетнего масштаба, чтобы он стал жизнеспособным источником энергии».
Поддерживайте «Громадське радио»  на Patreon, а также устанавливайте наше приложение:

если у вас Android

если у вас iOS