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

Насколько реально самовозгорание человека? Насколько реально самовозгорание человека?

Возможен ли феномен спонтанного самовозгорания человека

ТехИнсайдер
С каких продуктов лучше начать выход из Великого поста С каких продуктов лучше начать выход из Великого поста

Каким продуктам следует отдавать предпочтение после Великого поста

СНОБ
Монослой карбазола помог установить новый рекорд на тандемах кремний-перовскит Монослой карбазола помог установить новый рекорд на тандемах кремний-перовскит

Эффективность нового устройства превышает 29 процентов

N+1
Слишком много сна, слишком мало друзей: привычки, которые доведут до Альцгеймера Слишком много сна, слишком мало друзей: привычки, которые доведут до Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера – самая распространенная форма деменции

Cosmopolitan
Дело даже не в красоте! 7 нянь, которым удалось увести чужих звездных мужей Дело даже не в красоте! 7 нянь, которым удалось увести чужих звездных мужей

Список нянь, перед которыми не смогли устоять даже звездные папаши

Cosmopolitan
Самые забавные конфузы на свадьбах Кейт Миддлтон, Виктории Бекхэм и других звезд Самые забавные конфузы на свадьбах Кейт Миддлтон, Виктории Бекхэм и других звезд

И у звезд случаются нелепые инциденты на свадьбах

Cosmopolitan
Люди чувствуют себя счастливее после 30, показало новое исследование Люди чувствуют себя счастливее после 30, показало новое исследование

Оправдана ли идеализация молодости?

Inc.
Масса эффектов Масса эффектов

Насколько реальна физика вселенной Mass Effect?

N+1
Ловчую сеть паука превратили в синтезатор Ловчую сеть паука превратили в синтезатор

Ученые преобразовали колебания паутины в звуки

N+1
Владелец обувного бренда Doucal's — о ручной работе и письме из Ватикана Владелец обувного бренда Doucal's — о ручной работе и письме из Ватикана

Джанни Джаннини рассказал о различиях между английской и итальянской обувью

РБК
Почему пересаливать вредно, но и недосаливать нельзя Почему пересаливать вредно, но и недосаливать нельзя

Стоит ли ограничивать потребление соли

Популярная механика
В Луксоре нашли древнеегипетский город мастеров эпохи расцвета Нового царства В Луксоре нашли древнеегипетский город мастеров эпохи расцвета Нового царства

Город был построен в XIV веке до нашей эры для обслуживания царской резиденции

N+1
«Я кашляла кровью»: Мария Максакова рассказала, как рожала единственную дочь «Я кашляла кровью»: Мария Максакова рассказала, как рожала единственную дочь

Оперная дива рассказала, как прошли роды ее дочери Людмилы

Cosmopolitan
Как помочь ребенку пережить горе Как помочь ребенку пережить горе

Как успокоить ребенка, которого глубоко задела потеря?

Psychologies
Кто такие тестировщики? Рассказываем об особенностях профессии Кто такие тестировщики? Рассказываем об особенностях профессии

В чем на самом деле заключается работа профессионалов-тестировщиков?

Популярная механика
Ученые хотят победить старость, но как далеко им удалось зайти? Ученые хотят победить старость, но как далеко им удалось зайти?

Есть ли у нас шанс прожить свой век в молодом и здоровом теле?

Популярная механика
Такое вам точно снилось: типичные сны и их значение Такое вам точно снилось: типичные сны и их значение

Трактовка самых популярных снов

Популярная механика
12 ошибок при нанесении теней: не допускай их, и твой макияж будет суперкрут! 12 ошибок при нанесении теней: не допускай их, и твой макияж будет суперкрут!

Ошибки, которых стоит избегать при макияже с тенями для век

Cosmopolitan
Что такое «Крабик» и как он может спасти процессы в вашей команде Что такое «Крабик» и как он может спасти процессы в вашей команде

«Крабик» — это фреймворк способ изучить структуру системы и усовершенствовать ее

Популярная механика
16 неожиданных фактов о Википедии 16 неожиданных фактов о Википедии

Википедия знает почти все обо всем, а что мы знаем о Википедии?

Maxim
«Mersedes на детские деньги»: история самого многодетного отца России «Mersedes на детские деньги»: история самого многодетного отца России

Николай Стремский известен как глава огромного семейства

Cosmopolitan
Правильное питание для мужчин на каждый день: недельный план для похудения Правильное питание для мужчин на каждый день: недельный план для похудения

Подборка рецептов и подробное меню на неделю для мужчин, желающих сбросить вес

Playboy
Бактерии переработали ионы меди в стабильные атомы Бактерии переработали ионы меди в стабильные атомы

Эти бактерии могут помочь в будущем как производить атомарную медь

N+1
Почему выпадают волосы и как это прекратить: советы врача Почему выпадают волосы и как это прекратить: советы врача

Почему мы начинаем терять волосы и как предотвратить неприятные последствия

Cosmopolitan
Депрессию и биполярное расстройство предложили диагностировать по анализу крови Депрессию и биполярное расстройство предложили диагностировать по анализу крови

Биомаркеры, которые позволят диагностировать депрессию и биполярное расстройство

N+1
Несносная мода Несносная мода

Новые экостандарты в фешен-индустрии сделают вечными одежду и обувь

РБК
Повернуть жизнь на 180°: хип-хоп музыкант В.М. рассказал о старте карьеры Повернуть жизнь на 180°: хип-хоп музыкант В.М. рассказал о старте карьеры

Интервью с хип-хоп фрешменом В.М.

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.
Магия магния Магия магния

Достаточно ли в организме магния?

Здоровье
Танцующая в темноте. О Наталье Синдеевой и фильме F@ck this job Танцующая в темноте. О Наталье Синдеевой и фильме F@ck this job

Фильм Веры Кричевской F@ck this Job, посвященный истории телеканала «Дождь»

СНОБ
Открыть в приложении