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

«Почти как мы: Вся правда о свиньях» «Почти как мы: Вся правда о свиньях»

За что человек любит и ненавидит свиней

N+1
10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности 10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности

Эти девушки выглядят как инопланетянки, которые попали к нам из другого мира

Maxim
Трави заранее! Что необходимо знать о давлении в шинах на бездорожье Трави заранее! Что необходимо знать о давлении в шинах на бездорожье

Что необходимо знать о давлении в шинах на бездорожье

4x4 Club
Он, она и ипотека: как понять, что вы готовы к этому шагу Он, она и ипотека: как понять, что вы готовы к этому шагу

Как понять, что пара психологически готова к тому, чтобы взять ипотеку?

Psychologies
Самые опасные животные: топ-15 смертоносных созданий (угадай, кто самый страшный) Самые опасные животные: топ-15 смертоносных созданий (угадай, кто самый страшный)

Список животных, которые чаще других становятся причиной смерти людей

Playboy
Российские химики создали самый маленький флуороген-активирующий белок Российские химики создали самый маленький флуороген-активирующий белок

Российские ученые изучили структуру одного флуороген-активирующего белка

N+1
7 фактов о сюите «Время, вперед!» 7 фактов о сюите «Время, вперед!»

Сюита «Время, вперед!» Георгия Свиридова звучит в заставке программы «Время»

Культура.РФ
«Женщина в космосе — это политический ход». История инженера, которая создает и запускает на орбиту наноспутники «Женщина в космосе — это политический ход». История инженера, которая создает и запускает на орбиту наноспутники

Инженерка Валерия Мельникова — хочет ли полететь в космос и над чем работает

СНОБ
«Сначала я смотрю на грудь»: как мужчины воспринимают женщин «Сначала я смотрю на грудь»: как мужчины воспринимают женщин

Как мужчины воспринимают девушек?

Cosmopolitan
«Гагарин как нереализовавшийся персонаж русской истории». Лев Данилкин — о единственном человеке, подходившем на вакансию героя «Гагарин как нереализовавшийся персонаж русской истории». Лев Данилкин — о единственном человеке, подходившем на вакансию героя

Если бы Гагарин был жив, всё было бы по-другому?

Esquire
Итальянский полдень Итальянский полдень

Dimorestudio превратили бруталистский дом во Флоренции в царство цвета и фактур

AD
Про ростки и листики Про ростки и листики

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

Здоровье
Купил, но не прошёл Купил, но не прошёл

Почему столько онлайн-курсов лежат непройденными и как разорвать этот круг

VC.RU
«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.
От «Чернобыля» до «Клана Сопрано»: 14 лучших сериалов HBO, на которые не жалко тратить время От «Чернобыля» до «Клана Сопрано»: 14 лучших сериалов HBO, на которые не жалко тратить время

Подборка культовых сериалов от HBO, получивших высокие оценки

Playboy
«Бабочка» не жмет? «Бабочка» не жмет?

Эксперт объясняет, как понять, что со щитовидной железой что-то не в порядке

Лиза
«Борьба добра против растлевающей власти денег». Как читали Толкина в Советском Союзе «Борьба добра против растлевающей власти денег». Как читали Толкина в Советском Союзе

Что предшествовало изданию Толкина в СССР и как автор стал советским классиком

Esquire
Сутки за час: найдено трио коричневых карликов, вращающихся с невероятной скоростью Сутки за час: найдено трио коричневых карликов, вращающихся с невероятной скоростью

Возможно, у «несостоявшихся звезд» есть встроенное ограничение скорости

Популярная механика
Светлана Бронникова: «Питаться осознанно – не означает выбирать гречку, а не пончик» Светлана Бронникова: «Питаться осознанно – не означает выбирать гречку, а не пончик»

Есть все и худеть? Запросто, если овладеть наукой интуитивного питания

Худеем правильно
Юрий Грымов: «Кино сегодня — это довольно скучное действие» Юрий Грымов: «Кино сегодня — это довольно скучное действие»

Юрий Грымов о спектакле с Лолитой Милявской в главной роли

Maxim
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
Жаришь или отжигаешь? Как знаки зодиака отдыхают на майских шашлыках Жаришь или отжигаешь? Как знаки зодиака отдыхают на майских шашлыках

Наш Магический шар рассказывает, как именно ты обычно отдыхаешь в праздники

Cosmopolitan
В удлинении цветков завезенных в Америку наперстянок обвинили колибри В удлинении цветков завезенных в Америку наперстянок обвинили колибри

Встреча с новым опылителем заставила растения быстро эволюционировать.

N+1
20 самых знаковых моментов за всю историю премии «Оскар» 20 самых знаковых моментов за всю историю премии «Оскар»

Самые важные, яркие и курьезные моменты за всю историю премии «Оскар»

Esquire
Исчезающий кулик из России долетел до восточного побережья Австралии Исчезающий кулик из России долетел до восточного побережья Австралии

На восточном побережье Австралии впервые встретили очень редкого охотского улита

N+1
Сергей Лазарев: «Не собираюсь ни у кого спрашивать разрешения, как мне жить» Сергей Лазарев: «Не собираюсь ни у кого спрашивать разрешения, как мне жить»

Сергей Лазарев — о творческих успехах и стремлении оставить личное непубличным

Cosmopolitan
Политическая история: почему США признали геноцид армян Политическая история: почему США признали геноцид армян

Байден признал массовые убийства армян в Османской империи 1915 году геноцидом

Forbes
Секреты похудения звезд сериала «Друзья» Дженнифер Энистон, Кортни Кокс и Кудроу Секреты похудения звезд сериала «Друзья» Дженнифер Энистон, Кортни Кокс и Кудроу

Актрисы, сыгравшие главные роли в «Друзьях», до сих пор остаются иконами красоты

Cosmopolitan
Как избавиться от болезненной привязанности к человеку: главные советы психологов Как избавиться от болезненной привязанности к человеку: главные советы психологов

Четыре основных типа привязанности у взрослых

Playboy
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
Открыть в приложении