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

Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон

Что делать если телефон промок

Популярная механика
Как разбудить ее либидо и что не так с женской виагрой: теория и личный опыт Как разбудить ее либидо и что не так с женской виагрой: теория и личный опыт

Существует ли женская виагра?

Playboy
Хищницы в городе: женщина за 40 желает познакомиться Хищницы в городе: женщина за 40 желает познакомиться

Почему общество осуждает отношения женщина за 40 с мужчинами младше?

СНОБ
Остаться без дела: что делать менеджеру, если к нему пришли силовики Остаться без дела: что делать менеджеру, если к нему пришли силовики

Как вести себя при общении с представителями правоохранительных структур

Forbes
«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
15 привычек родом из СССР, от которых очень трудно избавиться 15 привычек родом из СССР, от которых очень трудно избавиться

Привычки Советской империи, которые передаются через поколения

Cosmopolitan
Почему в исторических зданиях Великобритании замурованы окна? Почему в исторических зданиях Великобритании замурованы окна?

Налог на свет и воздух

Maxim
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
Фрагмент романа «Клара и солнце» Кадзуо Исигуро. Робот Клара вносит порядок и надежду в жестокий мир людей Фрагмент романа «Клара и солнце» Кадзуо Исигуро. Робот Клара вносит порядок и надежду в жестокий мир людей

Фрагмент романа Кадзуо Исигуро "Клара и солнце" в переводе Леонида Мотылева

Esquire
Ближе к звездам Ближе к звездам

С того момента, как Юрий Гагарин сказал: «Поехали!», прошло 60 лет

Лиза
Марсоход NASA стал первым, кто добыл кислород из марсианской атмосферы Марсоход NASA стал первым, кто добыл кислород из марсианской атмосферы

Процесс, который может помочь астронавтам основать колонию на Красной планете.

Популярная механика
$500 000 за биткоин: куда движется криптоиндустрия и на что обратить внимание $500 000 за биткоин: куда движется криптоиндустрия и на что обратить внимание

Образовался ли на криптовалютном рынке пузырь

Forbes
Microsoft: постоянные видеозвонки приводят к стрессу и мешают сосредоточиться — мозгу нужен перерыв между встречами Microsoft: постоянные видеозвонки приводят к стрессу и мешают сосредоточиться — мозгу нужен перерыв между встречами

Как непрерывные видеозвонки влияют на работу головного мозга

VC.RU
«Эта странная математика. На краю бесконечности и за ним» «Эта странная математика. На краю бесконечности и за ним»

Какое отношение к проблемам мира имеют математические исследования простых чисел

N+1
Богини в 70 лет! Возрастные королевы красных дорожек, которые дадут фору молодым Богини в 70 лет! Возрастные королевы красных дорожек, которые дадут фору молодым

Красотки, которые доказывают, что выглядеть стильно можно в любом возрасте

Cosmopolitan
8 признаков по-настоящему хорошего друга 8 признаков по-настоящему хорошего друга

Чек-лист для проверки того, насколько вы хороший друг

Psychologies
ATLAS ограничил взаимодействие бозона Хиггса с самим собой ATLAS ограничил взаимодействие бозона Хиггса с самим собой

Участники эксперимента ATLAS усилили ограничения на сечение рождения пар бозона

N+1
Истории Константина Хабенского, Киану Ривза и других звездных вдовцов Истории Константина Хабенского, Киану Ривза и других звездных вдовцов

Судьбы у них разные, но всех объединяет одно - потеря любимой женщины

Cosmopolitan
Зачем я живу? Тварь я дрожащая или право имею? Ответы на эти и другие вечные вопросы с точки зрения науки Зачем я живу? Тварь я дрожащая или право имею? Ответы на эти и другие вечные вопросы с точки зрения науки

Мы попытались популярно ответить на некоторые вечные вопросы

Maxim
Как психотерапия меняет нашу культуру Как психотерапия меняет нашу культуру

Как наша культура реагирует на наш интерес к психотерапии?

Psychologies
7 спорткаров из СССР, о которых мало кто знает (фото и характеристики) 7 спорткаров из СССР, о которых мало кто знает (фото и характеристики)

Очень быстрые и привлекательные автомобили страны Советов

РБК
Семь простых принципов экологичного дома Семь простых принципов экологичного дома

Познакомьтесь с новой концепцией экологичного дома Well-стандарта

Домашний Очаг
Глобальный океан древней Земли появился благодаря высокотемпературной мантии Глобальный океан древней Земли появился благодаря высокотемпературной мантии

Сколько воды может высвобождаться из мантийных пород с ростом температуры

N+1
Неравный брак: российские звездные пары, где жена успешнее мужа Неравный брак: российские звездные пары, где жена успешнее мужа

Когда жена превосходит своего супруга в доходах и популярности

Cosmopolitan

Самый бескомпромиссный кинокритик Зинаида Пронченко о российском кино

Esquire
Майская Ида Майская Ида

Какой смысл в популярности и в чем счастье, Ида Галич?

Glamour
Неизвестная физика: ученые подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели Неизвестная физика: ученые подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели

Российские физики рассказали о несовершенстве хорошо знакомой Стандартной модели

Популярная механика
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
Финансовые табу: почему разговоры о деньгах вызывают страх и злость Финансовые табу: почему разговоры о деньгах вызывают страх и злость

Деньги — слишком важный предмет, чтобы его избегать

Forbes
Открыть в приложении