Есть ли будущее у реакторов ядерного синтеза

Популярная механикаНаука

Энергия будущего: на что способны реакторы термоядерного синтеза и ждет ли нас эра чистой энергии

Есть ли будущее у реакторов ядерного синтеза? И если да – какие преимущества и риски это сулит человечеству уже в самом ближайшем будущем?

Василий Макаров

В течение почти столетия ученых мучила перспектива получения неиссякаемого источника энергии с помощью ядерного синтеза. К сожалению, создание контролируемой среды, в которой атомные ядра могут непрерывно сливаться под экстремальным давлением и температурой, чтобы производить энергию, крайне сложно. Но «сложно» не значит «невозможно», и сегодня мы поговорим о различных подходов к ядерному синтезу и причинах, по которым одни кажутся более многообещающими, чем другие.

Синтез и деление - это разные процессы производства ядерной энергии. Там, где ядерный синтез направлен на объединение отдельных атомов в более крупные кластеры, ядерное деление основывается на разрыве атома (обычно урана-235) путем поражения его нейтроном. Оба процесса высвобождают огромное количество энергии, хотя синтез при прочих равных дает больше.

Как устроен реактор ядерного синтеза

Энергия, произведенная в результате ядерного деления, улавливается внутри реакторов (таких как реакторы на Фукусиме или, к примеру, в Чернобыле) и используется для нагрева воды до состояния пара, который вращает турбину и вырабатывает электричество. Но в результате этого процесса образуются отходы, которые могут оставаться радиоактивными в течение сотен тысяч лет, что может обернуться катастрофой, если все пойдет наперекосяк.

С другой стороны, термоядерный синтез не приведет к образованию долговременных ядерных отходов, а те, что все-таки будут, всего за 100 лет может быть подвержено полной переработке без вреда для экологии. Также нет опасности расплавления реактора или ядерной аварии, потому что весь процесс основан на высокотемпературных реакциях, которые охлаждаются в течение нескольких секунд при нарушении. А поскольку в этих реакциях используется относительно небольшое количество топлива, нет опасности, что внешне «мирный атом» будет использован для производства ядерного оружия.

В области исследований ядерного синтеза участвуют ученые, решающие всевозможные проблемы, но все они стремятся к одной цели - воссозданию процессов, которые само Солнце использует для производства огромного количества энергии. Колоссальные гравитационные силы удерживают водород из атмосферы Солнца и используют интенсивное тепло и давление для преобразования газа в плазму, в которой ядра сталкиваются с высокой скоростью, образуя гелий и высвобождая энергию.

«Солнечная энергия - это действительно термоядерная энергия, только на расстоянии», - пояснил в интервью порталу New Atlas Мэтью Хоул, эксперт по ядерному синтезу и научный сотрудник Австралийского национального университета. «Вся эта энергия - просто реакции синтеза, исходящие от Солнца, которое суть огромный реактор, который находится от нас на расстоянии восьми световых минут».

Еще один ключевой фактор - это сила тяжести. Гравитационные силы Солнца примерно в 28 раз больше, чем здесь, на Земле, а это означает, что нам пришлось проявить творческий подход к ограничению топлива, чтобы реакции синтеза протекали правильно. Наиболее предпочтительный подход в его нынешнем виде заключается в использовании магнитных полей, которые можно применять для удержания двух тяжелых форм водорода, дейтерия и трития, в устройстве в форме пончика, которое называется токамак.

Будущее токамаков

f6eca0f6fc1bcf4e50443fdb347ab5bc.jpg
Внутри китайского токамака EAST. Фото: IPP

Токамаки являются одним из примеров системы магнитного удержания для ядерного синтеза, и именно они считаются наиболее целесообразными с точки зрения чистой выработки электроэнергии. Эти агрегаты состоят из аккуратного ряда катушек, размещенных вокруг реактора в форме тора, в котором плазма нагревается до миллионов градусов с помощью сильного внутреннего тока. Идея состоит в том, чтобы удерживать плазму на месте достаточно долго, чтобы произошло слияние ядер.

Первые токамаки были разработаны в 1950-х годах, а в 1991 году токамак Joint European Torus (JET) в Великобритании стал первым устройством, обеспечивающим контролируемое высвобождение энергии термоядерного синтеза. Затем он установил рекорд выходной мощности для устройства токамака с мощностью 16 МВт в 1997 году. Несмотря на это выдающееся достижение, для нагрева плазмы все еще требовалось 24 МВт мощности, а это означает, что эксперименты не дотягивали до получения чистой энергии, при которой КПд устройства был бы положительным. Грубо говоря, процесс протекал правильно, но затраты энергии на него превышали полученный результат.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

9 абсурдных мифов о человеческом теле, в которые люди продолжают верить несмотря на факты 9 абсурдных мифов о человеческом теле, в которые люди продолжают верить несмотря на факты

Сказки о нашем теле, в которые мы верим

ТехИнсайдер
Отбеливающие полоски — зло? Как правильно отбелить зубы и не пожалеть об этом Отбеливающие полоски — зло? Как правильно отбелить зубы и не пожалеть об этом

Отбеливание зубов дома. Чем это идея плоха

Cosmopolitan
Осторожно, еда! Осторожно, еда!

Как свежая и неиспорченная пища может стать отравой

N+1
3 признака токсичного слушателя 3 признака токсичного слушателя

Многие из нас совершенно не умеют слушать других. Признаки токсичного слушателя

Psychologies
Рецепт Айкана: почему самый грозный трейдер Америки упустил миллиарды прибыли и как он планирует отыграться Рецепт Айкана: почему самый грозный трейдер Америки упустил миллиарды прибыли и как он планирует отыграться

На какие компании ставит Карл Айкан в эпоху биткоина и «бунтующих трейдеров»

Forbes
Кино на экспорт: 10 современных российских режиссеров, которых ценят на Западе Кино на экспорт: 10 современных российских режиссеров, которых ценят на Западе

Фильмы этих российских режиссеров становятся событием на Западе

Cosmopolitan
Бодишейминг: как перестать критиковать себя и других за размер талии Бодишейминг: как перестать критиковать себя и других за размер талии

В чем причины бодишейминга, чем он опасен и как ему противостоять

РБК
Новинки книг 2021 на российском рынке: топ захватывающих романов от Playboy Новинки книг 2021 на российском рынке: топ захватывающих романов от Playboy

Подборка самых актуальных и ожидаемых книжных новинок 2021 года на русском языке

Playboy
Когда мутит и болит голова: 6 секретных напитков, облегчающих мигрень Когда мутит и болит голова: 6 секретных напитков, облегчающих мигрень

Таблеток нет под рукой, и кажется, что голова квадратная. Что делать?

Playboy
Запомните меня таким. Пятое поколение Honda CR-V станет последним Запомните меня таким. Пятое поколение Honda CR-V станет последним

Тест-драйв пятого поколения Honda CR-V начался с печальной новости

4x4 Club
«Сюрприз! Красавчик Джонни Депп в шоу Урганта!»: актер очаровал россиянок «Сюрприз! Красавчик Джонни Депп в шоу Урганта!»: актер очаровал россиянок

Джонни Депп (Johnny Depp) впервые появился в российском шоу

Cosmopolitan
Приставка для инвалидного кресла, архитектура будущего и другие крутые инновации резидентов креативного кластера Приставка для инвалидного кресла, архитектура будущего и другие крутые инновации резидентов креативного кластера

Какие инновационные проекты реализуют резиденты кластера Artplay

Популярная механика
Он сказал «Поехали!»: самые захватывающие фильмы о космосе Он сказал «Поехали!»: самые захватывающие фильмы о космосе

Фильмы о космосе. Мы выбрали несколько, чтобы посмотреть в День космонавтики

Cosmopolitan
Новая Третьяковка: в сторону свободы. О новой выставке «Мечты о свободе. Романтизм в России и Германии» Новая Третьяковка: в сторону свободы. О новой выставке «Мечты о свободе. Романтизм в России и Германии»

Первое за многие годы обращение в России к теме романтизма

СНОБ
Интернет для мертвых и цифровое бессмертие: фрагмент романа писательницы Татьяны Замировской Интернет для мертвых и цифровое бессмертие: фрагмент романа писательницы Татьяны Замировской

Отрывок из романа «Смерти.net» о мире, в котором смерть — это непорядок

Esquire
Как, наконец, найти девушку в 2021 году: 5 главных советов для всех парней Как, наконец, найти девушку в 2021 году: 5 главных советов для всех парней

Пришла пора найти ту, глядя на которую ты начнешь расплываться в улыбке

Playboy
Мел Гибсон, Александр Шульгин, Крис Браун — самые опасные мужчины шоу-бизнеса Мел Гибсон, Александр Шульгин, Крис Браун — самые опасные мужчины шоу-бизнеса

Если встретите этих парней в городе - перейдите на другую сторону улицы

Cosmopolitan
На языке MAYA На языке MAYA

Как инновационный принцип готовит потребителя к понятному ему будущему

РБК
10 интересных фактов о принце Филиппе 10 интересных фактов о принце Филиппе

Муж королевы Англии, принц Филипп, герцог Эдинбургский

Популярная механика
Секреты герцогини: удивительные средства красоты и безупречного вида Меган Маркл Секреты герцогини: удивительные средства красоты и безупречного вида Меган Маркл

Жена принца Гарри радует поклонников своим цветущим видом

Cosmopolitan
От голого живота к полуобнаженной груди: как менялся стиль Екатерины Климовой От голого живота к полуобнаженной груди: как менялся стиль Екатерины Климовой

Екатерина Климова – многодетная мама, успешная актриса и привлекательная женщина

Cosmopolitan
Аудиторы: Корпорация МСП неэффективна, стратегии не было и нет — зато средние зарплаты 600 тыс. рублей Аудиторы: Корпорация МСП неэффективна, стратегии не было и нет — зато средние зарплаты 600 тыс. рублей

Корпорация МСП незначительно повлияла на прогресс малого бизнеса в России

Inc.
Глэмпинг, фрирайд и гастротуризм. Какой формат отдыха популярен сегодня среди предпринимателей Глэмпинг, фрирайд и гастротуризм. Какой формат отдыха популярен сегодня среди предпринимателей

О трендах, наметившихся в туризме и отдыхе среди предпринимателей

СНОБ
10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности 10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности

Эти девушки выглядят как инопланетянки, которые попали к нам из другого мира

Maxim
Начните с головы Начните с головы

Почему процедура «Счастье для волос» столько лет не теряет популярности

Glamour
Секреты похудения Ходченковой, Муцениеце и других популярных российских актрис Секреты похудения Ходченковой, Муцениеце и других популярных российских актрис

Как приводят себя в форму артистки, чтобы идеально выглядеть в кадре

Cosmopolitan
Финансовый пузырь или светлое будущее: есть ли коммерческий потенциал у NFT-искусства Финансовый пузырь или светлое будущее: есть ли коммерческий потенциал у NFT-искусства

Почему продажа картины Beeple за $69 млн — одноразовый рекорд NFT-искусства

Forbes
15 правил этикета в социальных сетях, которые стыдно не знать 15 правил этикета в социальных сетях, которые стыдно не знать

Не будем лукавить: сегодня мы чаще общаемся в соцсетях, чем в реальном мире

Cosmopolitan
Как справиться с головной болью за 2 минуты: странный способ, который помогает Как справиться с головной болью за 2 минуты: странный способ, который помогает

Удивительный и эффективный способ избавиться от головной боли

Cosmopolitan
Люсьен и булочки: кулинарные «провалы», которые стали настоящими хитами Люсьен и булочки: кулинарные «провалы», которые стали настоящими хитами

Не только в жизни, но и в кулинарии промах иногда оборачивается победой

Psychologies
Открыть в приложении