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

Что мне снег, что мне зной: история легендарного внедорожника УАЗ Что мне снег, что мне зной: история легендарного внедорожника УАЗ

Знаменитый отечественный внедорожник, который умеет всё

Вокруг света
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
Нечеловеческий секс Нечеловеческий секс

Почему мы все еще занимаемся сексом по старинке – с живыми людьми?

Популярная механика
Как любят короли: секреты счастливой жизни в браке Елизаветы II и принца Филиппа Как любят короли: секреты счастливой жизни в браке Елизаветы II и принца Филиппа

Елизавета II прожила с Филиппом 73 года. В чем секрет таких крепких отношений?

Cosmopolitan

Признаки, по которым можно опознать девушку, которая чувствует себя беднотой

Cosmopolitan
«Россия на Дунае. Империя, элиты и политика реформ в Молдавии и Валахии, 1812–1834» «Россия на Дунае. Империя, элиты и политика реформ в Молдавии и Валахии, 1812–1834»

Империя, элиты и политика реформ в Молдавии и Валахии

N+1
Данные претендентов на кредиты «Дом.РФ» утекли в интернет Данные претендентов на кредиты «Дом.РФ» утекли в интернет

Более 100 000 записей с данными «Дом.РФ» выставили на продажу в интернете

Forbes
10 фильмов, которые сгубили репутацию реальных людей 10 фильмов, которые сгубили репутацию реальных людей

Любые совпадения случайны и не имеют ни к кому отношения

Maxim
Без видимых повреждений: почему важно понимать психологию авторов насилия Без видимых повреждений: почему важно понимать психологию авторов насилия

Почему насильник часто тот, кого ты хорошо знаешь

Forbes
Флекситарианство: что нужно знать о вегетарианстве со стейками и бургерами Флекситарианство: что нужно знать о вегетарианстве со стейками и бургерами

Гибкое вегетарианство – диета, неоднократно признававшаяся самой здоровой

Cosmopolitan
15 привычек родом из СССР, от которых очень трудно избавиться 15 привычек родом из СССР, от которых очень трудно избавиться

Привычки Советской империи, которые передаются через поколения

Cosmopolitan
5 бьюти-мифов об уходе за волосами, которые давно пора развенчать 5 бьюти-мифов об уходе за волосами, которые давно пора развенчать

Мы до сих пор верим в эти древние бьюти-мифы

Cosmopolitan
Как быть вегетарианцем в мире животных Как быть вегетарианцем в мире животных

Маркус Уикс «Что бы сказал Ницше. Как великие философы решили бы ваши проблемы»

СНОБ
Как определиться с будущей профессией? Два лайфхака для подростков Как определиться с будущей профессией? Два лайфхака для подростков

Как помочь подростку определиться с будущей профессией

Psychologies
Жертва по жизни Жертва по жизни

Почему некоторые люди годами живут в позиции жертвы

Лиза
Падающие башни России. Часть 1 Падающие башни России. Часть 1

Падающие башни России: Невьянская башня, башню Сююмбике и другие

Культура.РФ
Как я ходила на свидания в Японии и чем они меня удивили Как я ходила на свидания в Японии и чем они меня удивили

Откуда в Японии возникла мода на отношения с приезжими?

Psychologies
«Сожалений нет»: сооснователь YouDrive Борис Голиков попрощался с брендом, сделал выводы и ушёл в обустройство дворов «Сожалений нет»: сооснователь YouDrive Борис Голиков попрощался с брендом, сделал выводы и ушёл в обустройство дворов

Он делал один из первых каршерингов, который поглотили Mail.ru Group и «Сбер»

VC.RU
Вот это сюрприз: британка забеременела во время беременности Вот это сюрприз: британка забеременела во время беременности

Можно ли забеременеть во время беременности?

Cosmopolitan
Нырок в глубину: зачем нужен самоанализ Нырок в глубину: зачем нужен самоанализ

Чем вызван интерес к своей внутренней жизни и для чего нужно знание себя?

Psychologies
Художники и музыканты зарабатывают миллионы на блокчейн-технологии NFT. Объясняем самыми простыми словами, что это такое Художники и музыканты зарабатывают миллионы на блокчейн-технологии NFT. Объясняем самыми простыми словами, что это такое

Рынок блокчейна предлагает новый тренд — NFT

СНОБ
Как лечиться от фобий Как лечиться от фобий

Чтобы избавиться от собственных страхов

СНОБ
Про ростки и листики Про ростки и листики

Мало кто понимает, как употреблять проростки, а главное – в чём их польза.

Здоровье
Стеснительная Шарлотта: самые трогательные снимки детей Кейт Миддлтон и Уильяма Стеснительная Шарлотта: самые трогательные снимки детей Кейт Миддлтон и Уильяма

Герцоги Кембриджские воспитывают троих наследников: Джорджа, Шарлотту и Луи

Cosmopolitan
Топ-3: лучшие документальные фильмы о преступлениях от Netflix Топ-3: лучшие документальные фильмы о преступлениях от Netflix

Три сериала от Netflix о реальных преступлениях

Cosmopolitan
Генетики подтвердили токсичность Y-хромосомы для самцов плодовых мушек Генетики подтвердили токсичность Y-хромосомы для самцов плодовых мушек

Стабильность ДНК на Y-хромосоме у самцов дрозофил с возрастом может уменьшаться

N+1
Тот самый Mercedes Айртона Сенны. Тест-драйв легендарной модели Тот самый Mercedes Айртона Сенны. Тест-драйв легендарной модели

Легендарный Mercedes бразильского пилота Айртона Сенны

РБК
Красная рука и Пиковая дама: кого мы боялись в детстве? Красная рука и Пиковая дама: кого мы боялись в детстве?

Признания читателей о тех, кто стал их главным детским кошмаром

Psychologies
Как из самой человечной из коммунистических утопий возник буржуазный город Как из самой человечной из коммунистических утопий возник буржуазный город

Григорий Ревзин об Иоганне Валентине Андреа и Кристианополисе

Weekend
Очаровательные малышки! Как Шейк, Водянова и другие модели выглядели в детстве Очаровательные малышки! Как Шейк, Водянова и другие модели выглядели в детстве

Знаменитые модели в детстве

Cosmopolitan
Открыть в приложении