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

Гайд по экранам ноутбуков: что важно знать Гайд по экранам ноутбуков: что важно знать

Мы собрали для вас краткий гайд, который поможет разобраться в типах дисплеев

CHIP
Работа над фальшивками Работа над фальшивками

«Шпеер едет в Голливуд» — виртуозная документальная подделка

Weekend
Особенности туристической подготовки внедорожников Особенности туристической подготовки внедорожников

Уроки школы автотуризма: как подготовить внедорожник к экспедиции

4x4 Club
NFC-чип позволил проверить давление в велосипедном колесе со смартфона NFC-чип позволил проверить давление в велосипедном колесе со смартфона

Tubolito представила велосипедную камеру со встроенным датчиком давления

N+1
7 худших моментов в шутерах от первого лица 7 худших моментов в шутерах от первого лица

Даже в идеальной FPS-игре можно попасть на уровень, который вызывает зубную боль

Maxim
Звезды 90-х в бикини: пикантные фото Ирины Салтыковой, Алены Апиной и других Звезды 90-х в бикини: пикантные фото Ирины Салтыковой, Алены Апиной и других

Эти артистки и в возрасте 40+ радуют поклонников стройными телами

Cosmopolitan
Лишнего не надо Лишнего не надо

Если отказаться от ненужных покупок, взамен получишь много всего полезного

Cosmopolitan
Пять красавиц! Как сейчас выглядят взрослые дочери братьев Меладзе Пять красавиц! Как сейчас выглядят взрослые дочери братьев Меладзе

Как выглядят и чем занимаются дочери братьев Меладзе

Cosmopolitan
От наивной девочки до знойной дивы в мини: как преображалась Ани Лорак От наивной девочки до знойной дивы в мини: как преображалась Ани Лорак

Ани Лорак начала покорять шоу-бизнес еще в детстве

Cosmopolitan
Ты тоже это помнишь? 7 штук, вызывающих приступ ностальгии по 2010-м Ты тоже это помнишь? 7 штук, вызывающих приступ ностальгии по 2010-м

Десятые годы нового тысячелетия остались позади. Но в нашей памяти они живы!

Playboy
Пацаны, айда на помойку, там зычь! Топ-10 экстремальных развлечений из советского детства Пацаны, айда на помойку, там зычь! Топ-10 экстремальных развлечений из советского детства

Самые невероятные истории о том, какими были самые обычные мальчишки в СССР

Maxim
Ларс, бог вины: гид по творчеству великого и ужасного фон Триера (азбука Esquire) Ларс, бог вины: гид по творчеству великого и ужасного фон Триера (азбука Esquire)

Творчество Ларса фон Триера от А до Я

Esquire
Астрономы засекли в космосе колоссальную Астрономы засекли в космосе колоссальную

Скопления галактик - самые большие из известных нам структур во Вселенной

Популярная механика
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
Русские сезоны Русские сезоны

Михаил Зыгарь и Родион Чепель рассказывают, как там в Териберке

Собака.ru
Семейный уют вместо тусовок и карьеры: 5 звезд, которых изменило материнство Семейный уют вместо тусовок и карьеры: 5 звезд, которых изменило материнство

Рождение ребенка меняет жизнь, и это доказывают наши героини — знаменитые мамы

Cosmopolitan
Фрагмент романа «Клара и солнце» Кадзуо Исигуро. Робот Клара вносит порядок и надежду в жестокий мир людей Фрагмент романа «Клара и солнце» Кадзуо Исигуро. Робот Клара вносит порядок и надежду в жестокий мир людей

Фрагмент романа Кадзуо Исигуро "Клара и солнце" в переводе Леонида Мотылева

Esquire
Сногсшибательные актрисы, о которых все забыли Сногсшибательные актрисы, о которых все забыли

Когда-то им поклонялись миллионы, но сейчас о них почти ничего не слышно

Maxim
«45 – баба ягодка опять»: Вспоминаем главные достижения Apple в честь юбилея «45 – баба ягодка опять»: Вспоминаем главные достижения Apple в честь юбилея

Самые яркие события в истории компании Apple

Популярная механика
«Я родила!»: звездные россиянки, победившие бесплодие «Я родила!»: звездные россиянки, победившие бесплодие

Виктория Исакова, Наталья Подольская и другие артистки, победившие бесплодие

Cosmopolitan
Кавалерист-девицы и фронтовые амазонки: как женщины в XIX веке шли на войну в мужском обличье Кавалерист-девицы и фронтовые амазонки: как женщины в XIX веке шли на войну в мужском обличье

Ольга Хорошилова исследует трехвековую историю травести-культуры в России

Forbes
Неравный брак: российские звездные пары, где жена успешнее мужа Неравный брак: российские звездные пары, где жена успешнее мужа

Когда жена превосходит своего супруга в доходах и популярности

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
Хищницы в городе: женщина за 40 желает познакомиться Хищницы в городе: женщина за 40 желает познакомиться

Почему общество осуждает отношения женщина за 40 с мужчинами младше?

СНОБ
Женский бизнес на женской дружбе Женский бизнес на женской дружбе

История двух ростовчанок, которые поверили в себя и в «собачьего боженьку»

Домашний Очаг
Исследование: половина жертв харассмента не борется с агрессорами и не сообщает о них Исследование: половина жертв харассмента не борется с агрессорами и не сообщает о них

Сеть взаимопомощи женщин #ТыНеОдна запустила проект о проблеме харассмента

Forbes
Устойчивое развитие: страновые особенности и актуальность критериев для России Устойчивое развитие: страновые особенности и актуальность критериев для России

Какие из критериев развития актуальны для России, а какие второстепенны?

Forbes
Что такое NFT и зачем вам это знать Что такое NFT и зачем вам это знать

NFT — большой бизнес, по крайней мере сейчас

Inc.
Cмузи для бодрости и красоты: 7 рецептов Оли Малышевой Cмузи для бодрости и красоты: 7 рецептов Оли Малышевой

Смузи, которые позволят чувствовать себя просто потрясающе

Cosmopolitan
7 лучших сборников современных переводных рассказов — от авторов, которые вас не разочаруют 7 лучших сборников современных переводных рассказов — от авторов, которые вас не разочаруют

Екатерина Баева собрала список большой литературы в малых формах

Esquire
Открыть в приложении