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

Как обнаружить радиацию при помощи смартфона Как обнаружить радиацию при помощи смартфона

Насколько точны мобильные приложения, превращающие телефоны в дозиметры?

Популярная механика
Кровь, боль и никаких слез: Самые дикие мужские инициации всех времен Кровь, боль и никаких слез: Самые дикие мужские инициации всех времен

Почему, чтобы стать мужчиной, иногда нужно как следует пострадать?

Maxim
Найден способ превращать ненужный полиэтилен в ценный клей Найден способ превращать ненужный полиэтилен в ценный клей

Этот процесс превращает пластиковые отходы в нечто более ценное

Популярная механика
Тогда и сейчас: как выглядят юные актеры культового сериала «Сваты» Тогда и сейчас: как выглядят юные актеры культового сериала «Сваты»

Детей из сериала «Сваты» уже можно узнать с трудом

Cosmopolitan
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
Театр в онлайне: как устроены трансляции спектаклей «Золотой Маски» Театр в онлайне: как устроены трансляции спектаклей «Золотой Маски»

Как устроена трансляция спектаклей «Золотой Маски»

СНОБ
У бактерий обнаружены У бактерий обнаружены

Как использовать бактерии в интересах человечества.

Популярная механика
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
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
L’Oréal Paris выделяет €10 млн на экологические проекты под руководством женщин L’Oréal Paris выделяет €10 млн на экологические проекты под руководством женщин

L’Oréal Paris обязалась к 2030 году в два раза уменьшить углеродный след

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

Оправдана ли идеализация молодости?

Inc.
Самые необычные дроны Самые необычные дроны

Дрон-окнолом, R2D2, чайка и еще кое-что

Maxim
Идеальная наследница: как Франсуаза Бетанкур-Майерс сохранила и приумножила семейный капитал Идеальная наследница: как Франсуаза Бетанкур-Майерс сохранила и приумножила семейный капитал

Франсуаза Бетанкур-Майерс заняла 12-е место в списке Forbes

Forbes
«За Зину»: как медсестра, потерявшая в бою руки и ноги, вдохновляла тысячи людей «За Зину»: как медсестра, потерявшая в бою руки и ноги, вдохновляла тысячи людей

Медсестра Зинаида Туснолобова спасла 123 раненых, вытащив их из-под пуль

Cosmopolitan
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
Русские адреса Рима Русские адреса Рима

Виртуальная прогулка по итальянской столице

Лиза
Не умела даже включать плиту: история самой знаменитой эскортницы Японии Не умела даже включать плиту: история самой знаменитой эскортницы Японии

Какой была жизнь самой знаменитой гейши Японии Минэко Ивасаки

Cosmopolitan
Всё равно его не брошу: сериалы, которые мы просто не можем перестать смотреть! Всё равно его не брошу: сериалы, которые мы просто не можем перестать смотреть!

Сериалы, которые невозможно бросить смотреть

Cosmopolitan
Самые нелепые конфузы звезд со статуэтками «Оскар»: Михалков, ДиКаприо и другие Самые нелепые конфузы звезд со статуэтками «Оскар»: Михалков, ДиКаприо и другие

Знаменитости, которые умудрились потерять свой долгожданный «Оскар»

Cosmopolitan
«Сбережения — медленный путь к богатству». 28-летний миллионер рассказал, как начал зарабатывать семизначные суммы «Сбережения — медленный путь к богатству». 28-летний миллионер рассказал, как начал зарабатывать семизначные суммы

Почему сбережения ― плохой путь к богатству?

Inc.
«Идет жесткий хантинг»: почему в России резко выросли спрос на IT-специалистов и их зарплаты «Идет жесткий хантинг»: почему в России резко выросли спрос на IT-специалистов и их зарплаты

Как изменился IT-рынок в России за последнее время

Forbes
Евгений Лапшин: Три горизонта инноваций: как не проспать технологическую революцию Евгений Лапшин: Три горизонта инноваций: как не проспать технологическую революцию

Как не примкнуть к отстающим во время очередного прорыва?

РБК
Это вам не игрушки Это вам не игрушки

Какие технические уловки помогали создавать видеоигровую классику

N+1
Хвост кометы в Краснодаре: как кубанец конкурирует с «Яндекс.Едой» и Delivery Club на юге России Хвост кометы в Краснодаре: как кубанец конкурирует с «Яндекс.Едой» и Delivery Club на юге России

Как локальный сервис Broniboy конкурирует с Delivery Club и «Яндекс.Едой»

Forbes
В помощь пищеварению В помощь пищеварению

Что делать, если даже самая полезная еда падает в желудок тяжёлым комом?

Здоровье
Как лечиться от фобий Как лечиться от фобий

Чтобы избавиться от собственных страхов

СНОБ
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
Работа над фальшивками Работа над фальшивками

«Шпеер едет в Голливуд» — виртуозная документальная подделка

Weekend
Убийцы стиля! 10 вещей, которые мешают тебе хорошо одеваться Убийцы стиля! 10 вещей, которые мешают тебе хорошо одеваться

Чек-лист по главным женским ошибкам в стиле

Cosmopolitan
От офиса в питерском подвале до гранта Microsoft: история компании Addreality, которая появилась благодаря Тому Крузу От офиса в питерском подвале до гранта Microsoft: история компании Addreality, которая появилась благодаря Тому Крузу

История этого бизнеса началась почти как анекдот

Inc.
Открыть в приложении