Когда, наконец, заработают термоядерные реакторы?

Когда, наконец, заработают термоядерные реакторы?

Над обузданием энергии ядерного синтеза исследователи начали работать ещё в середине прошлого века. Она не подразумевает выброса парниковых газов и прочих отходов, поэтому считается очень чистой. Потенциально. До нынешней поры её главная проблема заключается в том, что для запуска реакции всегда требуется больше энергии, чем получается на выходе. ДЖЭТ в этом плане исключением не стал. Процесс, происходивший внутри него, довольно быстро прекратился. Но ученые и не надеялись добиться генерации добавочной энергии. Это был всего лишь тестовый запуск для подготовки более масштабного эксперимента.

Впрочем, обо всем по порядку. Термоядерная энергетическая установка использует полученное тепло для нагрева воды и вращения паровых турбин, точно так же, как тепловая или атомная. Однако энергия в ней генерируется посредством процессов, которые происходят, в частности, внутри Солнца. Наша звезда поддерживает свое существование, сплавляя атомные ядра. Не вдаваясь в сложные научные описания, скажем, что часть общей массы этих частичек преобразуется в энергию – в полном соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна E = mc2. Подобные процессы происходят только в экстремальных условиях. Достаточно сказать, что оба ядра, содержащие протоны, должны быть заряжены положительно. Но, как все мы знаем со школьной скамьи, в этом состоянии они отталкиваются друг от друга. Преодолеть это отторжение можно только с помощью грубой силы, коей предстают запредельное давление или температура.

Токамак

У Солнца с его гигантской массой такое воздействие проблем не вызывает. У него внутри невероятное давление. Добиться аналогичного уровня на Земле и поддерживать его чрезвычайно сложно. К счастью, ученые научились достигать очень высоких температур. В частности, с помощью устройства, которое называется «токамак». Это, грубо говоря, большой полый «пончик», окруженный мощными магнитами. Материал, призванный вступить в термоядерную реакцию, помещается в вакуум и удерживается в нужной точке посредством генерируемого магнитного поля.

Если говорить об Объединённом европейском токамаке, то в нем используется смесь двух изотопов водорода – дейтерия и трития. У первого один протон и один нейтрон. У второго на нейтрон больше. Теоретически можно сплавлять и иные элементы, но наиболее привлекательной пока выглядит эта смесь, так как она выделяет больше энергии, чем другие реакции синтеза, и начинается при относительно низких температурах. Уточнение «относительно» здесь стоит неспроста. Бомбардируя этот материал с помощью ускорителей частиц и нагревая, почти как в микроволновке, посредством электромагнитных волн, можно достичь температуры в 10 раз больше той, что мы видим внутри Солнца. Надо понимать, что если магнитное поле отключится, реакция сразу же прекратится, поэтому риска расплавления реактора в данном случае нет.

Упомянутые в самом начале испытания Объединённого европейского токамака примечательны количеством полученной тепловой энергии. Предыдущий рекорд составлял 22 мегаджоуля и был установлен в далеком 1997 году. Здесь же удалось получить 59 мегаджоулей, несмотря на то, что ДЖЭТ проработал всего пять секунд и был отключен из-за нагрева магнитов. В более привычном простому обывателю выражении количество полученной энергии составляет 11 мегаватт, что, откровенно говоря, не так уж и много. К тому же и в данном случае экспериментаторам не удалось достичь положительного баланса: на запуск реакции было потрачено гораздо больше энергии, чем получено в её результате. Но, как уже сказано, это была всего лишь подготовка к чему-то более масштабному.

ITER

На юге Франции строится термоядерный реактор «ITER», который будет одновременно и крупнее, и гораздо совершеннее ДЖЭТ. Эксперименты на нем планируется начать в 2025 году. Ученые уверены, что реакцию здесь удастся поддерживать значительно дольше пяти секунд и добиться положительного сальдо энергии. Это, как понятно, дает надежду на то, что термоядерные реакторы, наконец, станут жизнеспособными с точки зрения практического применения в энергетике. Впрочем, это будет только один из первых шагов в этом направлении, так как в данном вопросе ещё очень много неясного.

Если науке удастся обуздать описанную реакцию, это будет настоящий прорыв в деле обеспечения землян электроэнергией. Тонна дейтерия, вступив во взаимодействие с тритием, дала бы такое же количество тока, сколько 29 миллиардов тонн угля. Добывать этот изотоп водорода можно из океанской воды, дефицита которой на планете пока не ощущается. Тритий получить несравненно труднее, но его теоретически можно производить из лития. Термоядерный синтез не приводит к образованию парниковых газов. Проблемой могут стать радиоактивные отходы, но они, к счастью, быстро распадаются. Что ж, поживем - увидим. Переход мировой энергетики на термоядерный синтез – это, скорее всего, дело очень неблизкого будущего, но чем активнее ученые изучают этот процесс, тем скорее оно наступит.

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Будущее