Термоядерный синтез подарит безграничную чистую энергию: какие проблемы нужно решить

Представление о термоядерном синтезе навсегда изменилось в 2022 году, когда в результате так называемого "эксперимента века" впервые было показано, что термоядерный синтез может быть жизнеспособным источником чистой почти безграничной энергии. Эксперимент в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США) впервые показал, что можно получить больше энергии в результате термоядерного синтеза, чем было затрачено для его запуска. Но необходимо решить целый ряд проблем, прежде чем можно будет масштабировать термоядерный синтез, чтобы он стал безопасным и доступным источником практически безграничной энергии, считает Джордж Тайнан из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США), пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Термоядерный синтез происходит, когда два изотопа водорода, дейтерий и тритий, сталкиваются в экстремальных условиях. Два атома сливаются в один атом, нагреваясь до 100 млн градусов Цельсия, что в 10 раз больше температуры ядра Солнца. При этом выделяется огромное количество энергии. Атомы водорода таким же образом сливаются в ядре нашей звезды, что дает возможность Солнцу существовать. Когда термоядерный синтез в ядре прекратится, то Солнце умрет.

Чтобы происходил термоядерный синтез на Земле, необходима инфраструктура термоядерной энергетики, которая может выдержать чрезвычайно экстремальные условия.

Существует два метода создания термоядерного синтеза на Земле:

• термоядерный синтез с инерционным удержанием, который использует мощные лазеры;
• термоядерный синтез с магнитным удержанием, который использует мощные магниты.

Именно термоядерный синтез с инерционным удержанием помог доказать, что получение термоядерной энергии в больших масштабах возможно, но термоядерный синтез с магнитным удержанием еще не дал таких результатов.

Оба метода получения термоядерного синтеза имеют ряд общих проблем, преодоление которых будет стоить достаточно дорого. Например, ученым необходимо создать новые материалы, которые могут выдерживать экстремальные температуры и условия облучения.

Материалы термоядерного реактора становятся радиоактивными, поскольку они бомбардируются высокоэнергетическими частицами плазмы. Ученым нужно создать новые материалы, которые могут распадаться в течение нескольких лет до таких уровней радиоактивности, чтобы их можно было безопасно и легко утилизировать.

Производство достаточного количества топлива для термоядерного синтеза также является важной задачей. Дейтерий широко распространен на Земле и его можно извлечь из обычной воды. Но производство трития, который обычно производится из лития, окажется гораздо более сложным. Для работы одного термоядерного реактора потребуется от сотен граммов до одного килограмма трития в день.

Сейчас обычные ядерные реакторы производят тритий в качестве побочного продукта ядерного деления, но они не могут обеспечить достаточно трития для работы большого количества термоядерных реакторов.

Поэтому ученым необходимо разработать возможность производства трития внутри самого термоядерного устройства. Это можно реализовать путем окружения термоядерного реактора литийсодержащим материалом, который в результате реакции преобразуется в тритий.

Чтобы масштабировать термоядерный синтез с инерционным удержанием, ученым нужно создать новые лазеры, которые могут многократно поражать мишень из термоядерного топлива, состоящую из дейтерия и трития, по несколько раз несколько раз в секунду. Пока ни один лазер не является достаточно мощным, чтобы делать это с такой скоростью. Ученым нужно создать системы управления и алгоритмы, которые будут направлять эти лазеры на цель с предельной точностью.

Чтобы масштабировать термоядерный синтез с магнитным удержанием ученым нужно создать более эффективные методы нагрева и управления плазмой, а также более устойчивые к теплу и радиации материалы для стенок термоядерного реактора.

Это некоторые из самых больших проблем, которые требуют много усилий и денег, но это не значит, что их нельзя решить в ближайшем будущем. Новые исследования показывают, что термоядерная энергия, которая может заменить все остальные виды энергии для обеспечения потребностей человечества уже не является фантастикой. Остается лишь вопрос, когда ученые смогут сделать все, чтобы максимально масштабировать производство чистой и практически безграничной энергии.

Как уже писал Фокус, в США построят первую в мире термоядерную электростанцию, но начнет свою работу она в следующем десятилетии.

Также Фокус писал о том, что с помощью термоядерного синтеза ученые предлагают обнаружить потенциальных инопланетян.