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

«Хорошие плохие чувства: Почему эволюция допускает тревожность, депрессию и другие психические расстройства» «Хорошие плохие чувства: Почему эволюция допускает тревожность, депрессию и другие психические расстройства»

Отрывок из книги «Хорошие плохие чувства» о том, почему страдания полезны

N+1
Любимые мужчины роковой красотки Оксаны Акиньшиной: от Шнурова до Козловского Любимые мужчины роковой красотки Оксаны Акиньшиной: от Шнурова до Козловского

Мужчины, которые очаровали Оксану Акиньшину

Cosmopolitan
Cadillac XT6. Всё включено Cadillac XT6. Всё включено

К Cadillac у нас отношение особое

4x4 Club
Почему фильм «Отец» стоит посмотреть каждому Почему фильм «Отец» стоит посмотреть каждому

Рецензия на ленту «Отец», которая была номинирована на премию «Оскар».

GQ
В каких странах любят русских мужчин, а где недолюбливают: большой рейтинг приятия В каких странах любят русских мужчин, а где недолюбливают: большой рейтинг приятия

Не стоит думать, что везде нас боятся и презирают

Playboy
Звезды индийского кино: судьбы, лица и неизвестные факты Звезды индийского кино: судьбы, лица и неизвестные факты

Культовые индийские фильмы принесли этим актерам мировую известность

Cosmopolitan
О чем следует думать в мае? О кляксах, диктаторах и майских жуках О чем следует думать в мае? О кляксах, диктаторах и майских жуках

Диктанты от Паустовского, Тургенева и Льва Рубинштейна

GQ
Наши высочества Наши высочества

Интервью с высокими и талантливыми актрисами сериала «Дылды»

Maxim
Слово за слово: как русские аналог Clubhouse создали Слово за слово: как русские аналог Clubhouse создали

Новый сервис для аудиоэфиров от создателя Badoo

Популярная механика
Три периода Игоря Ларионова Три периода Игоря Ларионова

Как устроена жизнь в зимнем спорте №1

Men’s Health
Гостья из будущего, или Посторонним вход воспрещен Гостья из будущего, или Посторонним вход воспрещен

Как советский кинематограф выяснял отношения с детьми

Weekend
Твой «железный конь»: как правильно выбрать велосипед взрослому мужчине Твой «железный конь»: как правильно выбрать велосипед взрослому мужчине

Основные виды велосипедов и подсказки по выбору идеальной для тебя модели

Playboy
Как выглядели после родов Кейт Миддлтон, Меган Маркл и другие любимицы британцев Как выглядели после родов Кейт Миддлтон, Меган Маркл и другие любимицы британцев

Появление на свет новых членов королевской семьи – важный и трогательный момент

Cosmopolitan
Одна вокруг света: мексиканская рыбацкая деревня, пустыня и гигантские кактусы Одна вокруг света: мексиканская рыбацкая деревня, пустыня и гигантские кактусы

116 серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки Греты

Forbes
«Живу с абьюзером, который употребляет наркотики, и не могу уйти» «Живу с абьюзером, который употребляет наркотики, и не могу уйти»

Я была виновата даже в том, что на меня кто-то из мужчин смотрит

Psychologies
Не хочу и не буду: почему отказаться от готовки — правильное решение Не хочу и не буду: почему отказаться от готовки — правильное решение

Почему ошибаются мужчины, утверждающие, что женщина обязана уметь готовить

Cosmopolitan
Олег Трофим Олег Трофим

Режиссер Олег Трофим жжет огнем улицы Петербурга и срывает овации фанатов

Собака.ru
8 больших американских романов, которые нужно прочитать 8 больших американских романов, которые нужно прочитать

Книги современных писателей, которые докажут: великий американский роман не умер

Esquire
DJ Эва Вострокнутова о профессии, целях и поиске вдохновения DJ Эва Вострокнутова о профессии, целях и поиске вдохновения

Модный DJ Эва Вострокнутова дала совет начинающим в этой профессии

Cosmopolitan
Стесняюсь спросить: можно ли исправить прикус и сделать зубы ровными в сжатые сроки? Стесняюсь спросить: можно ли исправить прикус и сделать зубы ровными в сжатые сроки?

Сколько времени займет процесс получения «голливудской» улыбки?

Esquire
Петр I: коллекционер, исследователь, художник Петр I: коллекционер, исследователь, художник

Где Петр I обучался искусству графики и как отправился в Европу инкогнито?

Культура.РФ
Как удалить аккаунт в Инстаграме, не потеряв свои данные Как удалить аккаунт в Инстаграме, не потеряв свои данные

Как удалить аккаунт в Инстаграме навсегда с телефона на Андроид или айфона

CHIP
Какими бывают отношения и что они нам дают Какими бывают отношения и что они нам дают

Можно ли «сортировать» приятелей и почему мы любим друзей детства

Psychologies
Ракета Илона: как основатель Tesla стал богаче на 500% за один год Ракета Илона: как основатель Tesla стал богаче на 500% за один год

Илон Маск стал одним из главным триумфаторов нового рейтинга Forbes

Forbes
«Жену люблю, но Почо мне важнее»: история дружбы человека и крокодила «Жену люблю, но Почо мне важнее»: история дружбы человека и крокодила

Дружба костариканца Чито и крокодила Почо — уникальный случай

Psychologies
Почему с увеличением дохода многие люди не становятся богаче Почему с увеличением дохода многие люди не становятся богаче

«Персональная инфляция» или «инфляция образа жизни»

СНОБ
Как лечиться от фобий Как лечиться от фобий

Чтобы избавиться от собственных страхов

СНОБ
Старый папа Старый папа

Ольга Федянина о триллере о деменции «Отец»

Weekend
Коктейльная карта: история классического коктейля «Гимлет» на джине Коктейльная карта: история классического коктейля «Гимлет» на джине

История легендарного коктейля «Гимлет»

Esquire
Как в России тренируют операторов военных беспилотников? Как в России тренируют операторов военных беспилотников?

Где же учат на операторов военных БПЛА у нас, в России

Популярная механика
Открыть в приложении