Человечество уже очень давно пытается освоить термоядерный синтез, так как он обещает неограниченный источник чистой энергии.
И вот впервые американским физикам удалось добиться горения плазмы в термоядерном реакторе не за счет внешнего источника энергии, а именно за счет самой термоядерной реакции. Эту стадию термоядерного синтеза наблюдали во время эксперимента, проведенного в NIF (Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций) в Калифорнии.
Это достижение описано в двух статьях, опубликованных в научном журнале Nature.
Что такое термоядерный синтез?
Существующая атомная энергетика основывается на процессе, который называется расщеплением атома. При этом тяжелые химические элементы расщепляются, производя более легкие. Термоядерный синтез, наоборот, соединяет два легких элемента в более тяжелый.
Ученые работают над проблемой термоядерного синтеза с 50-х годов. Это процесс, который дает энергию Солнцу. Так что задача, которая стоит перед учеными, часто сравнивается с созданием звезды на Земле. Однако превратить термоядерный синтез в коммерчески выгодный источник энергии пока не удавалось.
Сделать так, чтобы реакция проходила, не так уж и сложно. Но загвоздка в том, чтобы в результате термоядерного синтеза получалось больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции.
Чтобы добиться нужного результата, в лаборатории NIF для подогрева и сжатия водородного топлива внутри капсулы используется мощный лазер. Из этого лазера исходят 192 луча, который направлены в сторону капсулы размером с перечное зерно, содержащий дейтерий и тритий. Дейтерий и тритий представляют собой разные формы водорода.
Воздействие лазера на капсулу сжимает топливо до плотности, в сотню раз превышающей плотность свинца, и нагревает до 100 миллионов градусов Цельсия — жарче, чем в центре Солнца. При подобном нагреве образуется электрически заряженный газ, который называется плазмой. В плазме от атомов оторваны электроны, и остается только атомарное ядро. Ядра могут соединиться друг с другом, и во время этого процесса генерируется энергия.
Фото: LLNL
Лаборатория NIF в Ливерморе, Калифорния
Когда не энергия лазеров, которая требуется для начала процесса, а именно реакции термоядерного синтеза становятся основным источником нагрева плазмы, полученный жар создает энергию для дальнейших реакций синтеза.
В проведенных NIF экспериментах впервые в мире была достигнута такая стадия горения плазмы, когда топливо выделяет больше энергии синтеза, чем потребовалось для старта процесса.
Это ключевой этап на пути к еще более высоким уровням производительности термоядерных реакций.
Предыдущие попытки достичь этой стадии ограничивались проблемой контроля формы плазмы. Но ученые в NIF разработали улучшенный экспериментальный дизайн термоядерного реактора, в котором используются капсулы, позволяющие хранить в них больше топлива и поглощать больше энергии, подерживая стабильное состояние плазмы.
Даже при достижении стадии пылающей плазмы потери энергии все еще велики. Но это несомненно последний оставшийся этап перед тем, как NIF приступит к достижению гораздо большее амбициозной цели — «воспламенению» и производству самоподдерживающейся энергии.
Во время воспламенения энергия, высвобождаемая в результате прохождения термоядерных реакций, превышает ту, которая доставляется лазерами к топливу.
По материалам BBC
Читайте также:
Во Франции строят крупнейший в мире термоядерный реактор
Открыты 10 неизвестных ранее фаз плазмы. Это еще один шаг к термоядерной энергетике
