Термоядерна батарейка. Вчені розповіли, коли з’явиться невичерпне джерело енергії - фото
НВ Преміум

Термоядерна батарейка. Вчені розповіли, коли з’явиться невичерпне джерело енергії

28 квітня 2020, 20:00

Розбираємося, що таке термоядерний синтез і яку користь він принесе людству

Вчені з Каліфорнії заявили про розробку нової системи штучного інтелекту, яка має допомогти розв’язати головну проблему термоядерного синтезу. Експерти заявляють, що ефективний термоядерний реактор має з’явитися вже найближчими роками і він допоможе людству впоратися з енергетичною кризою.

Відео дня

Однією з головних проблем XXI століття, крім TikTok і PewDiePie, стало виробництво електроенергії.

Через парниковий ефект і зміни клімату багато країн вже відмовилися від спалювання викопного палива на користь альтернативних джерел електроенергії.

Звичайно, сонячні і вітряні електростанції поки поступаються за ефективністю традиційним способам видобування електроенергії. А атомна енергетика, незважаючи на всі її плюси і підтримку в науковому співтоваристві, вважається небезпечною, через що прогресивні країни відмовляються від неї.

Потенційне рішення майбутньої енергетичної кризи вчені шукають у створенні термоядерного реактора: така електростанція вироблятиме набагато більше енергії, і там не буде використовуватися радіоактивний розпад, що забезпечить її безпеку.

Днями представники каліфорнійської компанії TAE, яка досліджує термоядерний синтез, розповіли про те, коли може з’явитися перший робочий термоядерний реактор і як штучний інтелект (ШІ) прискорить його розробку.

qz.com

Фото: qz.com

Нумо, ядра, станьте в коло


Якщо коротко, атомний реактор відрізняється від термоядерного тим, що в першому важкі ядра розпадаються на легкі за рахунок їх бомбардування нейтронами. Такий процес вивільняє величезну кількість енергії, викликаючи ланцюгову реакцію, яка може бути небезпечною, якщо ядерний розпад вийде з-під контролю.

У випадку з термоядерним синтезом, легкі ядра, навпаки, об'єднуються у важкі за рахунок їх нагрівання до надзвичайно високих температур. Такий процес не призводить до ланцюгової реакції, має набагато вищу питому щільність енергії і після його закінчення не залишається радіоактивних відходів.

Саме тому термоядерні реактори повинні стати в рази ефективніші й безпечніші, ніж АЕС.

Проблема в тому, що для створення термоядерного процесу ядра потрібно дуже сильно розігріти, — термоядерні реакції на Сонці відбуваються при температурі близько 15 млн градусів Цельсія, — і вчені поки витрачають набагато більше енергії для термоядерного синтезу, ніж отримують у його результаті.

Днями представники американської технологічної компанії TAE заявили, що ШІ може допомогти створити керований термоядерний синтез найближчими роками.

Дійсно, досягти термоядерної реакції в умовах надзвичайно високих температур і сильного гравітаційного впливу на Сонце досить просто. Але в земних умовах, де природна гравітація не може зіштовхувати ядра одне з одним — це дуже непросто.

Для створення ефективного термоядерного синтезу вчені з TAE вирішили застосувати основний метод ШІ — машинне навчання. Фахівці припускають, що розроблена ними система дозволить набагато швидше обробляти масиви даних, отримані внаслідок експериментів зі злиття ядер.

Фізики сподіваються, що швидка обробка даних про такі експерименти дозволить створити ефективний термоядерний реактор вже в 2025 році.

За словами генерального керівника TAE, компанія може комерціалізувати свою термоядерну технологію в найближче десятиліття. Показово, що представники Google також допомагають своїм співвітчизникам у розробці ШІ-системи для аналізу даних про термоядерні експерименти.

«Це чудово, що у термоядерного синтезу є потенціал для необмеженої енергії. Але проблема досі полягає в тому, що до 2050 року це може не мати істотного впливу з погляду відсотка електрики, що виробляється. Зараз ми шукаємо проект з короткостроковими перспективами, бо це дуже нагальна проблема», — пояснив керівник відділення прикладних наук Google Research Джон Платт.

Якщо вченим з TAE вдасться створити метод, при якому кількість одержуваної ядерної енергії буде перевищувати витрачену енергію для їх синтезу, — в реальності це може виявитися невичерпним джерелом електрики. Принаймні в мірках людського життя.

Проте далеко не всі вчені настільки оптимістичні щодо створення першого термоядерного реактора.

За словами Денніса Вайта з Массачусетського технологічного інституту, прототип пристрою для термоядерного синтезу з чистою вихідною потужністю може з’явитися протягом наступних 15 років. Вайт називає це «дуже швидким результатом».

Варто також врахувати, що термоядерний реактор має бути набагато безпечнішим, ніж ядерний у радіаційному відношенні. Річ у тім, що для термоядерного синтезу буде досить відносно невеликої кількості радіоактивних речовин.

Крім того, навіть у разі аварії, енергії в термоядерному реакторі буде недостатньо для того, щоб призвести до руйнування самого реактора.

Термоядерний реактор ITER (Фото: ITER)

Термоядерний реактор ITER / Фото: ITER

ITER і китайське штучне Сонце


Проекти термоядерних установок уже існують, і найвідоміший з них — ITER або міжнародний експериментальний термоядерний реактор, який готують на півдні Франції, за 60 км від Марселя.

У розробці ректора беруть участь всі країни ЄС, Індія, Китай, Південна Корея, Росія, США, Японія і Казахстан. Кілька років тому дату закінчення будівництва ITER перенесли на 2025 рік, а загальна вартість проекту зросла до 19 млрд євро.

Керівники проекту ITER також заявляли, що безпеку реактора забезпечать герметичний кріостат і вакуумна камера, без яких досягти термоядерного синтезу буде просто неможливо.

Як уже писав НВ, кілька місяців тому китайські вчені заявили про плани запустити в 2020 році свою тороїдальну установку — токамак — з магнітними котушками для утримання плазми, яка відтворюватиме реакцію термоядерного синтезу.

Пристрій під назвою HL-2M призначений для відтворення тієї ж реакції, яка відбувається на Сонці.

Один з авторів проекту фізик Дуань Сюру заявив, що будівництво йде гладко і що пристрій має бути введено в експлуатацію в 2020 році. На думку вчених, HL-2M у перспективі може зробити ядерний синтез життєздатним варіантом отримання енергії на Землі.

Дослідники з Китаю також говорили про свій реактор як потенційний пристрій, який може стати практично безмежним джерелом електроенергії.

Проблема залишається та сама: вченим потрібно знайти економічно вигідний спосіб утримання надзвичайно гарячої плазми в замкнутому і стабільному стані досить довго, щоб відбувався синтез. Китайський токамак HL-2M може вирішити цю задачу або надати вченим важливі дані для подальших досліджень.

«HL-2M надасть дослідникам цінні дані про сумісність високопродуктивної термоядерної плазми для ефективнішої обробки тепла і часток, що виділяються з ядра пристрою. Це одна з найбільших проблем, які стоять перед розробкою комерційного термоядерного реактора. І результати HL-2M впливатимуть на конструкцію майбутніх реакторів», — заявив експерт з термоядерного синтезу Джеймс Гаррісон.

Головне завдання китайського токамака — досягти іонної температури в більш ніж 100 млн градусів Цельсія для імітації природних процесів ядерного синтезу на Сонці. Якщо все піде за планом — температура в реакторі буде в сім разів вищою, ніж максимальна температура на Сонці.

Розробка реактора HL-2M також входить у міжнародний проект ITER.

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Діліться матеріалом




Радіо НВ
X