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

«Атлас»: какой получилась попытка Дженнифер Лопес освоить научную фантастику «Атлас»: какой получилась попытка Дженнифер Лопес освоить научную фантастику

«Атлас» размышляет о том, как ИИ может испортить жизнь человечества

Forbes
Как выглядят звезды культового фильма «Интердевочка»: Елена Яковлева и другие Как выглядят звезды культового фильма «Интердевочка»: Елена Яковлева и другие

Судьбы актрис, сыгравших в знаковом фильме «Интердевочка» Петра Тодоровского

Cosmopolitan
Квантовый эксперимент: реальность — вопрос личного выбора Квантовый эксперимент: реальность — вопрос личного выбора

Благодаря квантовой механике прошлое может определяться настоящим

Популярная механика
Кварцевое стекло отлили под давлением при низкой температуре Кварцевое стекло отлили под давлением при низкой температуре

Для готовности детали из него необходимо вымочить и запечь

N+1
За последние 25 лет пестициды стали более токсичными для беспозвоночных За последние 25 лет пестициды стали более токсичными для беспозвоночных

Пестициды стали менее токсичными для рыб, млекопитающих и птиц

N+1
Весеннее обострение: миф или реальность? Весеннее обострение: миф или реальность?

Резкие перепады настроения, апатия, нежелание что-либо делать...

Psychologies
Учить играючи: предпринимателя надо растить иначе, чем исполнителя Учить играючи: предпринимателя надо растить иначе, чем исполнителя

Постсоветская школа изжила себя, а у родителей зреет запрос на другую школу

Forbes
«Еще по одной» и «Земля кочевников»: какие фильмы стоит пересмотреть «Еще по одной» и «Земля кочевников»: какие фильмы стоит пересмотреть

Вспоминаем фильмы, просмотр которых придает ощущение общности

РБК
«Дети — детекторы лжи»: как помочь ребенку научиться признавать ошибки и контролировать эмоции «Дети — детекторы лжи»: как помочь ребенку научиться признавать ошибки и контролировать эмоции

Как научить детей переживать свои поражения и признавать ошибки

Forbes
Похожи на кукол! Малиновская, Волкова и еще 9 звезд очень пожалевшие о пластике Похожи на кукол! Малиновская, Волкова и еще 9 звезд очень пожалевшие о пластике

В погоне за идеальным лицом они слишком увлеклись бьюти-тюнингом

Cosmopolitan
Ботсванский метеорит оказался частью астероида Веста Ботсванский метеорит оказался частью астероида Веста

Состав ботсванского метеорита указал на возраст кратера Вененейи

N+1
«Любимая, роскошное авто - для тебя!» Джиган, Моргенштерн и другие щедрые звезды «Любимая, роскошное авто - для тебя!» Джиган, Моргенштерн и другие щедрые звезды

Топ-5 мужчин, которые обрадовали автомобилями своих возлюбленных

Cosmopolitan
«Я бросила детей, но люблю их»: как живут россиянки, ставшие матерями в детстве «Я бросила детей, но люблю их»: как живут россиянки, ставшие матерями в детстве

Истории нескольких несовершеннолетних мам

Cosmopolitan
Андрей и Люся Андрей и Люся

С 1971 года жизненные пути Елены Боннэр и Андрея Сахарова «слились»

Дилетант
«Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма» «Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма»

Как строятся модели генерации магнитного пол

N+1
Момент истины: можно ли есть яйца каждый день Момент истины: можно ли есть яйца каждый день

Сколько яиц можно есть в неделю без вреда для здоровья?

Cosmopolitan
Феномен «Гунды»: как черно-белое кино о жизни свиньи стало одним из лучших фильмов года Феномен «Гунды»: как черно-белое кино о жизни свиньи стало одним из лучших фильмов года

«Гунда» Виктора Косаковского — документальная картина о жизни норвежской свиньи

Forbes

Истории женщин, которым очень плохо живется в браке

Cosmopolitan
Цветы зла Цветы зла

Главное оружие растений – яд. Даже если это растение банальная картошка

Вокруг света
Самолюбование и бзик на безопасности. Что мы узнали про Павла Дурова из фильма Родиона Чепеля Самолюбование и бзик на безопасности. Что мы узнали про Павла Дурова из фильма Родиона Чепеля

Наиболее любопытные факты из жизни главного российского IT-гения Павла Дурова

СНОБ
Бытовая магия: волшебные рецепты к Пасхе Бытовая магия: волшебные рецепты к Пасхе

Каким блюдам в этом году стоит отдать предпочтение на Пасху?

Cosmopolitan
Открытая книга Открытая книга

2020 год стал для 35-летней Аманды Сайфред

OK!
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
Гостья из будущего, или Посторонним вход воспрещен Гостья из будущего, или Посторонним вход воспрещен

Как советский кинематограф выяснял отношения с детьми

Weekend
Золотой ключик: почему важно менять характер, а не «надевать маску» Золотой ключик: почему важно менять характер, а не «надевать маску»

Адекватно ли поведение характеру?

Forbes
«Очень уж хочется не делать ничего обычного» «Очень уж хочется не делать ничего обычного»

Актер Иван Мулин — о пробах в «Очень странные дела», страхах и сомнениях

Esquire
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
Внутренний страж: когда стоит прислушаться к собственному страху и интуиции Внутренний страж: когда стоит прислушаться к собственному страху и интуиции

Ева Холланд разбирается, что заставляет нас сжиматься от страха

Forbes
Отдых самурая Отдых самурая

Несколько советов для восстановления сил с использованием буддийских практик

Psychologies
Чего хотят разработчики — и почему не все хотят работать в «Яндексе» и Google Чего хотят разработчики — и почему не все хотят работать в «Яндексе» и Google

Как привлечь и удержать высококвалифицированных разработчиков?

Inc.
Открыть в приложении