Прорив у енергетиці? Вперше в історії термоядерний реактор видобув більше енергії, ніж витратив

3 грудня 2021, 22:10
Підсилювачі, які підсилюють лазерні промені у Національному центрі запалювання (Фото:LLNL/Damien Jemison)

Підсилювачі, які підсилюють лазерні промені у Національному центрі запалювання (Фото:LLNL/Damien Jemison)

Вперше в реакції термоядерного синтезу було досягнуто рекордного виходу енергії в 1,3 мегаджоуля: цей показник вперше перевищив енергію палива для запуску реакції.

Фізики Національного центру запалювання Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса в США визнали, що «результат є значним поліпшенням у порівнянні з попередніми показниками».

Відео дня

Це досить скромна оцінка: насправді результат, який отримали американські вчені, у вісім разів більше, ніж в експериментах, проведених лише за кілька місяців до цього, і в 25 разів більше, ніж в експериментах, проведених у 2018 році. Це величезне досягнення.

«Цей результат є історичним кроком уперед у дослідженнях термоядерного синтезу з інерційним утриманням, відкриваючи принципово новий режим для досліджень та просування наших найважливіших завдань національної безпеки. Він також є свідченням новаторства, винахідливості та стійкості нашої команди», — сказав Кім Буділ, директор Ліверморської національної лабораторії Лоуренса.

Термоядерний синтез з інерційним утриманням передбачає створення чогось на кшталт крихітної зірки. Все починається з капсули з пальним, що складається з дейтерію та тритію — більш важких ізотопів водню. Ця паливна капсула поміщається в порожню золоту камеру розміром з гумку для олівців, яка називається хольраумом.

Потім 192 потужні лазерні промені потрапляють у хольраум, де вони перетворюються на рентгенівські промені. Ці рентгенівські промені підривають паливну капсулу, нагріваючи та стискаючи її до умов, порівнянних з умовами в центрі зірки — температура перевищує 100 мільйонів градусів за Цельсієм, а тиск перевищує 100 мільярдів атмосфер Землі - перетворюючи паливо капсулу на крихітну кульку плазми.

І так само, як водень перетворюється на більш важкі елементи в серці зірки головної послідовності, те саме роблять дейтерій і тритій у паливній капсулі. Весь процес займає лише кілька мільярдних часток секунди. Мета полягає в тому, щоб домогтися спалаху — точки, в якій енергія, що генерується в процесі термоядерного синтезу, перевищує загальну енергію, що подається.

Експеримент, проведений 8 серпня, не дотяг до цієї позначки; вхідна потужність лазерів становила 1,9 мегаджоулів. Нове досягнення, за словами команди, є результатом копіткої роботи з уточнення експерименту, включаючи дизайн хольрауму та капсули, покращену точність лазера, нові діагностичні інструменти та зміни конструкції для збільшення швидкості вибуху капсули.

«Отримання експериментального доступу до термоядерного опіку в лабораторії - це кульмінація десятиліть науково-технічної роботи, що тривала майже півстоліття», — сказав Томас Мейсон, директор Лос-Аламоської національної лабораторії.

Команда планує провести додаткові експерименти, щоб побачити, чи зможуть вони відтворити свій результат, та вивчити процес докладніше.

Зазначимо, атомний реактор відрізняється від термоядерного тим, що у першому важкі ядра розпадаються на легші за рахунок їхнього 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 більш високу питому щільність енергії і після його закінчення не залишається радіоактивних відходів.

Додамо, зовсім недавно НВ писав, що дослідницький центр KSTAR в Корейському інституті термоядерної енергії (KFE) оголосив, що інженерам вдалося досягти безперервної роботи установки протягом 20 секунд.

При цьому температура плазми була вищою за 100 млн градусів, що є однією з основних умов ядерного синтезу, зазначили в KSTAR.

Це досягнення побило попередній результат у 8 секунд, який KSTAR Plasma Campaign встановила у 2019 році. В експерименті 2018 KSTAR вперше досяг температури іонів плазми 100 млн градусів (час утримання: близько 1,5 секунд).

Щоб відтворити на Землі термоядерні реакції, що відбуваються на Сонці, ізотопи водню повинні бути поміщені всередину термоядерного пристрою, такого як KSTAR, щоб створити стан плазми, в якому іони та електрони розділені, а іони повинні нагріватися та підтримуватись при високих температурах.

Показати ще новини
Радіо НВ
X