Начало заката стран, торгующих нефтью и газом? В США провели реакцию управляемого термоядерного синтеза — вот почему это важно

13 декабря 2022 в 1670946600
«Зеркало»

Группа ученых правительства США сумела совершить прорыв в энергетике, проведя реакцию управляемого термоядерного синтеза. Эта информация подтвердилась во время брифинга министра энергетики США Дженнифер Грэнхолм.

О чем речь

12 декабря издание Financial Times сообщило, что три его собеседника получили возможность ознакомиться с результатами эксперимента по проведению управляемого термоядерного синтеза. Исследование проводилось Национальным комплексом лазерных термоядерных реакций (National Ignition Facility или NIF) в Ливерморской национальной лаборатории (штат Калифорния, США).

В основе эксперимента NIF лежит использование энергии множества лазеров, которые одновременно разогревают термоядерное топливо (в его роли выступают два изотопа водорода: дейтерий и тритий) до чудовищных температур в десятки миллионов градусов. Согласно статье FT, благодаря этому ученым удалось высвободить 2,5 мегаджоуля энергии (эквивалент примерно 0,7 кВт•ч), потратив на работу лазеров всего 2,1 мегаджоуля - таким образом, было получено больше энергии, чем затрачено - это и является конечной целью управляемого термоядерного синтеза.

13 декабря в ходе брифинга министра энергетики США Дженнифер Грэнхолм информация Financial Times полностью подтвердилась - успешный эксперимент прошел на прошлой неделе. Ученые действительно смогли добиться положительного выхода энергии, проведя реакцию управляемого термоядерного синтеза - они добивались этого более 60 лет.

Что такое термоядерный синтез

Если при ядерной реакции деления (на которой основана вся атомная энергетика) тяжелые атомные ядра делятся с высвобождением большого количества энергии, то в термоядерной реакции все ровно наоборот: легкие ядра нескольких атомов объединяются в более тяжелое. Энергии при этом выделяется намного больше, чем при реакции деления - поэтому, например, термоядерные бомбы практически заменили обычные атомные, как только их научились делать.

Именно термоядерный синтез «питает» энергией Солнце - он обеспечивается огромной массой этого небесного тела. Огромное давление внутри звезды, которое создано ее собственной гравитацией, придает ядрам атомов достаточную кинетическую энергию, чтобы «сжать» их друг с другом для начала реакции. Однако на Земле такого давления добиться невозможно - и необходимая кинетическая энергия может быть обеспечена только сверхвысокой температурой (именно поэтому реакция называется термоядерной - слово θερµός или «термос» в переводе с древнегреческого означает «теплый»).

Разогрев вещество до температуры в миллионы градусов, можно довести его до агрегатного состояния плазмы (ионизированного газа) и заставить его реагировать с высвобождением энергии. До недавнего времени этой реакцией нельзя было управлять - и единственной сферой возможного использования термоядерного синтеза была военная (боеголовки межконтинентальных ракет и бомбы). Вся энергия в такой реакции высвобождалась почти одномоментно - и результатом был мощный взрыв.

Почему термоядерный синтез не удавалось произвести раньше

Из-за специфических условий, которые нужно создать, чтобы провести термоядерную реакцию. Как уже говорилось, необходима сверхвысокая температура - а еще значительное давление и замкнутое пространство для удержания плазмы и протекания реакции в течение необходимого времени (достаточного для того, чтобы производство энергии превысило затраты на нагрев вещества).

Долгое время организовать такие условия даже на экспериментальном уровне не получалось. Однако в последние десятилетия продвинуться в этой сфере все же удалось. Ученые американского правительства из National Ignition Facility работают с 2009 года (на строительство научного центра для них потребовалось около 12 миллиардов долларов). Для нагрева термоядерного топлива использовали лазеры и в конечном счете сумели добиться успеха.

Какие перспективы это обещает

Овладев технологий управляемого термоядерного синтеза и построив термоядерные реакторы, человечество получит доступ к почти безграничной энергии. В качестве термоядерного топлива используются элементы дейтерий и тритий (изотопы водорода) - количество их в природе достаточно велико. Дейтерий получают из морской воды, тритий - например, из лития, так что проблема энергоносителей для человечества будет, вероятно, решена на очень долгий срок.

Помимо этого, решающим преимуществом термоядерных реакторов является их безопасность и экологическая чистота. В отличие от АЭС, такие станции не будут генерировать опасные для окружающей среды ядерные отходы, а аварии, подобные Чернобыльской, в них практически невозможны (поскольку реакция требует несуществующих в обычном мире условий, продолжаться вне разрушенного реактора, как было на ЧАЭС, она не сможет). Кроме того, огромное количество термоядерной энергии позволит отказаться от энергостанций, выбрасывающих в атмосферу парниковые газы - что позволит избежать проблем с климатом. От вредных и «грязных» предприятий, занимающихся добычей энергоносителей (например, нефти и газа), также можно будет отказаться.

Правда, пока рано говорить о наступлении эры термоядерной энергетики - полученной в результате первого удачного эксперимента энергии едва хватит на то, чтобы вскипятить чайник. Однако сама возможность получения большего количества энергии, чем затрачено на реакцию, видимо, делает создание промышленных реакторов вопросом времени. Мелани Уиндридж, директор отделения Ассоциации участников освоения термоядерного синтеза в Соединенном Королевстве, в своем интервью МАГАТЭ заявила, что, скорее всего, полноценное использование термоядерной энергетики начнется во второй половине XXI века, но возможно появление в электросетях первой «термоядерной энергии» еще до 2050 года.

Таким образом, значимость первого удачного эксперимента огромна - возможно, это приведет к революции в мировой энергетике.