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

Зрачки указали на депрессивные симптомы Зрачки указали на депрессивные симптомы

Ученые: реакция зрачков на вознаграждение зависит от состояния психики

N+1
Весомый аргумент Весомый аргумент

Если вы худеете, но вес не уходит, дело может быть не в диете, а в психологии

Добрые советы
Адская стабильность. Что означает «отсутствие эволюции» у невероятного микроба-робинзона Адская стабильность. Что означает «отсутствие эволюции» у невероятного микроба-робинзона

Оказывается, законы эволюции не являются аксиомой. Для одного живого существа

СНОБ
«Смерть не Коломбина»: эксклюзивный отрывок из нового романа Владимира Сорокина «Доктор Гарин» «Смерть не Коломбина»: эксклюзивный отрывок из нового романа Владимира Сорокина «Доктор Гарин»

Отрывок из нового романа Владимира Сорокина

Forbes
Отличный секс, кошмарный партнер Отличный секс, кошмарный партнер

Есть ли шанс на хороший секс у людей в здоровых, надежных отношениях

СНОБ
Безопасность в приоритете: опыт и планы ВТБ по развитию технологий Безопасность в приоритете: опыт и планы ВТБ по развитию технологий

Новые технологические разработки в сфере финансовой безопасности и опыт ВТБ

Forbes
Самые странные вещи, которые запрещены в Китае Самые странные вещи, которые запрещены в Китае

Буква N, жасмин, реинкарнация и другие запреты в Китае

Maxim
Nitto Trail Grappler M/T. На дороге и в грязи Nitto Trail Grappler M/T. На дороге и в грязи

Обзор резины Nitto Trail Grappler M/T

4x4 Club
Не только «Золушка»: главная сказочница советского кино Надежда Кошеверова Не только «Золушка»: главная сказочница советского кино Надежда Кошеверова

История главной советской киносказочницы Надежды Кошеверовой

Cosmopolitan
Как изменились Мила Йовович, Брюс Уиллис и другие звезды фильма «Пятый элемент» Как изменились Мила Йовович, Брюс Уиллис и другие звезды фильма «Пятый элемент»

Посмотрите, как сейчас выглядят кинозвезды «Пятого элемента»

Cosmopolitan
«Для народа свобода не стала ценностью» «Для народа свобода не стала ценностью»

Валентин Юмашев рассказывает о своей работе с Борисом Ельциным

Forbes
Правда ли, что завтрак — самый важный прием пищи Правда ли, что завтрак — самый важный прием пищи

Одни не представляют начало дня без завтрака, другие даже не могут выпить чай

Популярная механика
Девушки в восторге! Брэд Питт, Деревянко и другие мачо, работавшие в стриптизе Девушки в восторге! Брэд Питт, Деревянко и другие мачо, работавшие в стриптизе

Актеры, которые до популярности попробовали себя в жанре приватных танцев

Cosmopolitan
Такое вам точно снилось: типичные сны и их значение Такое вам точно снилось: типичные сны и их значение

Трактовка самых популярных снов

Популярная механика
«Меня содержит мужчина»: чем грозит финансовая зависимость от партнера? «Меня содержит мужчина»: чем грозит финансовая зависимость от партнера?

Недавно для женщин было естественным зависеть от мужчины, но времена изменились

Psychologies
Юные красотки! Как выглядят дочери Ветлицкой, Салтыковой и других поп-звезд 90-х Юные красотки! Как выглядят дочери Ветлицкой, Салтыковой и других поп-звезд 90-х

Российские певицы конца прошлого века стали мамами прекрасных дочерей

Cosmopolitan
Коробка без рака: как стартап ученого из Москвы получил гранты от Microsoft и Amazon на диагностику онкологии Коробка без рака: как стартап ученого из Москвы получил гранты от Microsoft и Amazon на диагностику онкологии

Как потеря подтолкнула ученого к попытке соединить науку и практикующих врачей

Forbes
Путин хочет сократить количество детей мигрантов в школах, чтобы они «не создавали проблем». Что об этом думают учителя и родители? Путин хочет сократить количество детей мигрантов в школах, чтобы они «не создавали проблем». Что об этом думают учителя и родители?

Владимир Путин предложил следить за количеством мигрантов в российских школах

СНОБ
Какой игровой ноутбук выбрать и при этом не разориться Какой игровой ноутбук выбрать и при этом не разориться

Разбираемся в моделях игровых ноутбуков, цены которых сравнительно приемлемы

Популярная механика
«Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса» «Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса»

Как немецкая домохозяйка помогла ученым исследовать поверхностное натяжение

N+1
Александр Иванов. Явление любви Александр Иванов. Явление любви

История жизни русского художника Александра Иванова

Караван историй
Агенты совриска: почему молодые коллекционеры инвестируют в современное искусство Агенты совриска: почему молодые коллекционеры инвестируют в современное искусство

Во что инвестируют российские коллекционеры нового поколения

Forbes
Служебный роман: пары из популярных сериалов, которые влюбились в жизни! Служебный роман: пары из популярных сериалов, которые влюбились в жизни!

Актеры из сериалов, встреча которых на съемочной площадке перетекла в отношения

Cosmopolitan
10 “лучших” киллеров: главные причины смерти в мире 10 “лучших” киллеров: главные причины смерти в мире

Своих врагов нужно знать в лицо!

Популярная механика
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
Basecamp без политики, соцпакетов и групповых решений: компания поменяла свои принципы, чем разозлила сотрудников Basecamp без политики, соцпакетов и групповых решений: компания поменяла свои принципы, чем разозлила сотрудников

Решение компании «сфокусироваться на рабочих делах» может понравиться не всем

VC.RU
5 популярных заблуждений о животных, в которые все верят 5 популярных заблуждений о животных, в которые все верят

Мы живем с ними целую вечность на одной планете и почти ничего о них не знаем

Maxim
Как выглядели королевские невесты в день помолвки: Кейт Миддлтон, Диана и другие Как выглядели королевские невесты в день помолвки: Кейт Миддлтон, Диана и другие

Самые популярные представительницы британской монархии в день помолвки

Cosmopolitan
Полный гид по интервальному голоданию: когда и что есть, чтобы похудеть Полный гид по интервальному голоданию: когда и что есть, чтобы похудеть

Хвастаться часами голода – новая мода, но насколько она полезна и эффективна?

Cosmopolitan
Два колеса и чудеса Два колеса и чудеса

Краткий экскурс по необычным велосипедам

N+1
Открыть в приложении