Прорыв в энергетике? Впервые в истории термоядерный реактор добыл больше энергии, чем затратил

3 декабря 2021, 22:10

Впервые в реакции термоядерного синтеза был достигнут рекордный выход энергии в 1,3 мегаджоуля: этот показатель впервые превысила энергию топлива для запуска реакции.

Физики Национального центра зажигания Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в США признали, что «результат представляет собой значительное улучшение по сравнению с предыдущими показателями».

Видео дня

Это достаточно скромная оценка: на самом деле, результат, который получили американские ученые, в восемь раз больше, чем в экспериментах, проведенных всего за несколько месяцев до этого, и в 25 раз больше, чем в экспериментах, проведенных в 2018 году. Это огромное достижение.

«Этот результат является историческим шагом вперед в исследованиях термоядерного синтеза с инерционным удержанием, открывая принципиально новый режим для исследований и продвижения наших важнейших задач национальной безопасности. Он также является свидетельством новаторства, изобретательности и стойкости нашей команды», — сказал Ким Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.

Термоядерный синтез с инерционным удержанием предполагает создание чего-то вроде крошечной звезды. Все начинается с капсулы с горючим, состоящей из дейтерия и трития — более тяжелых изотопов водорода. Эта топливная капсула помещается в полую золотую камеру размером с ластик для карандашей, которая называется хольраумом.

Затем 192 мощных лазерных луча попадают в хольраум, где они преобразуются в рентгеновские лучи. Эти рентгеновские лучи взрывают топливную капсулу, нагревая и сжимая ее до условий, сравнимых с условиями в центре звезды — температура превышает 100 миллионов градусов по Цельсию, а давление превышает 100 миллиардов атмосфер Земли — превращая топливо капсулу в крошечный шарик плазмы.

И точно так же, как водород превращается в более тяжелые элементы в сердце звезды главной последовательности, то же самое делают дейтерий и тритий в топливной капсуле. Весь процесс занимает всего несколько миллиардных долей секунды. Цель состоит в том, чтобы добиться возгорания — точки, в которой энергия, генерируемая в процессе термоядерного синтеза, превышает общую подводимую энергию.

Эксперимент, проведенный 8 августа, не дотянул до этой отметки; входная мощность лазеров составила 1,9 мегаджоулей. Новое достижение, по словам команды, является результатом кропотливой работы по уточнению эксперимента, включая дизайн хольраума и капсулы, улучшенную точность лазера, новые диагностические инструменты и изменения конструкции для увеличения скорости взрыва капсулы.

«Получение экспериментального доступа к термоядерному ожогу в лаборатории — это кульминация десятилетий научно-технической работы, продолжавшейся почти полвека», — сказал Томас Мейсон, директор Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Команда планирует провести дополнительные эксперименты, чтобы увидеть, смогут ли они воспроизвести свой результат, и изучить процесс более подробно.

Отметим, атомный реактор отличается от термоядерного тем, что в первом тяжелые ядра распадаются на легкие за счет их бомбардировки нейтронами. Такой процесс высвобождает огромное количество энергии, вызывая цепную реакцию, которая может быть опасной, если ядерный распад выйдет из-под контроля.

В случае с термоядерным синтезом, легкие ядра, наоборот, объединяются в тяжелые за счет их нагревания до чрезвычайно высоких температур. Такой процесс не приводит к цепной реакции, имеет гораздо более высокую удельную плотность энергии и по его окончанию не остается радиоактивных отходов.

Добавим, совсем недавно НВ писал, что исследовательский центр KSTAR в Корейском институте термоядерной энергии (KFE) объявил, что инженерам удалось добиться непрерывной работы установки в течение 20 секунд.

При этом температура плазмы была выше 100 млн градусов, что является одним из основных условий ядерного синтеза, отметили в KSTAR.

Это достижение побило предыдущий результат в 8 секунд, который KSTAR Plasma Campaign установила в 2019 году. В эксперименте 2018 года KSTAR впервые достиг температуры ионов плазмы 100 млн градусов (время удерживания: около 1,5 секунд).

Чтобы воссоздать термоядерные реакции, которые происходят на Солнце на Земле, изотопы водорода должны быть помещены внутрь термоядерного устройства, такого как KSTAR, чтобы создать состояние плазмы, в котором ионы и электроны разделены, а ионы должны нагреваться и поддерживаться при высоких температурах.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X