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

Почему беседу стоит прерывать раньше, чем мы привыкли: мнение ученых Почему беседу стоит прерывать раньше, чем мы привыкли: мнение ученых

Большинство участников любой беседы на самом деле хотят, чтобы диалог закончился

Популярная механика
6 фильмов об аферистах и обаятельных обманщиках, которые стоит посмотреть 6 фильмов об аферистах и обаятельных обманщиках, которые стоит посмотреть

Почему фильмы вроде «Аферистки», «Каджиллионера» и «Стриптизерш» так неотразимы

Esquire
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
Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон

Что делать если телефон промок

Популярная механика
Еще пять известных вещей, которых никогда на самом деле не существовало Еще пять известных вещей, которых никогда на самом деле не существовало

Вещи, которые, по убеждению большинства, существовали, а на самом деле — нет

Maxim
Как потомки Грейс Келли из княжеской семьи Монако захватывают моду Как потомки Грейс Келли из княжеской семьи Монако захватывают моду

Что нужно знать об аристократках Монако, которые связаны с индустрией моды

РБК
Новые лица: Dose и Dequine о современной музыке, вдохновении и совместном треке Новые лица: Dose и Dequine о современной музыке, вдохновении и совместном треке

Интервью с Dose и Dequine

Cosmopolitan
Пять красавиц! Как сейчас выглядят взрослые дочери братьев Меладзе Пять красавиц! Как сейчас выглядят взрослые дочери братьев Меладзе

Как выглядят и чем занимаются дочери братьев Меладзе

Cosmopolitan
Это кто еще первый: животные, опередившие Гагарина Это кто еще первый: животные, опередившие Гагарина

Люди не всегда “номер один”, ведь даже на орбиту планеты мы вышли не первые

Популярная механика
И жить, и трудиться! И жить, и трудиться!

Можно ли объединить социалистический и буржуазный быт?

SALON-Interior
Что скрывает ночная сторона Венеры: аномальные открытия Что скрывает ночная сторона Венеры: аномальные открытия

Мрак ночи скрывает загадки и аномалии Венеры

Популярная механика
10 способов быстро привести нервы в порядок 10 способов быстро привести нервы в порядок

Cобрали 10 способов успокоить нервы быстро и эффективно

Cosmopolitan
Интересные и пошлые вопросы для игры «Я никогда не...» (очень много идей) Интересные и пошлые вопросы для игры «Я никогда не...» (очень много идей)

Самые сочные вопросы для бомбезной вечеринки!

Playboy
«Мы не занимаемся искусством — мы решаем проблемы»: почему стул Fiberglass Chair популярен уже 60 лет «Мы не занимаемся искусством — мы решаем проблемы»: почему стул Fiberglass Chair популярен уже 60 лет

Самый революционный вклад в домашний интерьер

VC.RU
Весеннее обострение: миф или реальность? Весеннее обострение: миф или реальность?

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

Psychologies
Новая неопределенность: почему «мягкие» санкции США все-таки опасны Новая неопределенность: почему «мягкие» санкции США все-таки опасны

Как новые санкции в долгосрочной перспективе сдерживают развитие страны

Forbes
Только вперед Только вперед

Медиум Алена Мельникова создает будущее гастрономического Петербурга

Собака.ru
Елизавета I: королева поэтов и пиратов Елизавета I: королева поэтов и пиратов

Елизавета Английская боялась быть казнённой своим отцом или единокровной сестрой

Дилетант
5 самых эпических книжных циклов о космических империях 5 самых эпических книжных циклов о космических империях

В глазах знаменитых фантастов космос велик и многообразен

Популярная механика
Устойчивое развитие: что это такое и в чем его значимость Устойчивое развитие: что это такое и в чем его значимость

Зачем нам устойчивое развитие и что это вообще такое?

Forbes
«Большинство людей считали блокчейн сумасшествием»: как криптовалютная биржа Coinbase получила признание традиционных инвесторов «Большинство людей считали блокчейн сумасшествием»: как криптовалютная биржа Coinbase получила признание традиционных инвесторов

Почему пользователи и инвесторы поверили в Coinbase?

Forbes
Каким получился «Чернобыль» Данилы Козловского Каким получился «Чернобыль» Данилы Козловского

Почему «Чернобыль» Данилы Козловского не спорит с сериалом HBO, а дополняет его

РБК
Шарлотта Макконахи: Миграции. Отрывок из нового романа Шарлотта Макконахи: Миграции. Отрывок из нового романа

Отрывок из романа Шарлотты Макконахи о бегстве от своего прошлого и поиске себя

СНОБ
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
Если бы мне сказали Если бы мне сказали

Поэт Вера Полозкова – о сложном и счастливом в своём родительстве

Домашний Очаг
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
Отрывок самого амбициозного английского романа последних лет –  Отрывок самого амбициозного английского романа последних лет –

Отрывок из новой книги Алана Мура «Иерусалим»

Esquire
Больше 50 внуков и минимальная пенсия: как живет самая знаменитая бабушка России Больше 50 внуков и минимальная пенсия: как живет самая знаменитая бабушка России

Как же живет бабушка, у которой 51 внук?

Cosmopolitan
Контрольное взвешивание Контрольное взвешивание

8 мифов о расстройствах пищевого поведения, которые давно пора развеять

Лиза
Пауза в отношениях: как обоим партнерам извлечь из нее пользу Пауза в отношениях: как обоим партнерам извлечь из нее пользу

Иногда временная разлука может положить конец отношениям

Psychologies
Открыть в приложении