Термоядерний синтез подарує безмежну чисту енергію: які проблеми потрібно вирішити

Уявлення про термоядерний синтез назавжди змінилося 2022 року, коли в результаті так званого "експерименту століття" вперше було показано, що термоядерний синтез може бути життєздатним джерелом чистої майже безмежної енергії. Експеримент у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса (США) вперше показав, що можна отримати більше енергії в результаті термоядерного синтезу, ніж було витрачено для його запуску. Але необхідно вирішити цілу низку проблем, перш ніж можна буде масштабувати термоядерний синтез, щоб він став безпечним і доступним джерелом практично безмежної енергії, вважає Джордж Тайнан із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (США), пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Термоядерний синтез відбувається, коли два ізотопи водню, дейтерій і тритій, стикаються в екстремальних умовах. Два атоми зливаються в один атом, нагріваючись до 100 млн градусів Цельсія, що в 10 разів більше за температуру ядра Сонця. При цьому виділяється величезна кількість енергії. Атоми водню таким самим чином зливаються в ядрі нашої зірки, що дає можливість Сонцю існувати. Коли термоядерний синтез у ядрі припиниться, то Сонце помре.

Щоб відбувався термоядерний синтез на Землі, необхідна інфраструктура термоядерної енергетики, яка може витримати надзвичайно екстремальні умови.

Існує два методи створення термоядерного синтезу на Землі:

• термоядерний синтез з інерційним утриманням, який використовує потужні лазери;
• термоядерний синтез із магнітним утриманням, який використовує потужні магніти.

Саме термоядерний синтез з інерційним утриманням допоміг довести, що отримання термоядерної енергії у великих масштабах можливе, але термоядерний синтез з магнітним утриманням ще не дав таких результатів.

Обидва методи отримання термоядерного синтезу мають низку спільних проблем, подолання яких коштуватиме досить дорого. Наприклад, вченим необхідно створити нові матеріали, які можуть витримувати екстремальні температури та умови опромінення.

Матеріали термоядерного реактора стають радіоактивними, оскільки вони бомбардуються високоенергетичними частинками плазми. Вченим потрібно створити нові матеріали, які можуть розпадатися протягом кількох років до таких рівнів радіоактивності, щоб їх можна було безпечно і легко утилізувати.

Виробництво достатньої кількості палива для термоядерного синтезу також є важливим завданням. Дейтерій широко поширений на Землі і його можна витягти зі звичайної води. Але виробництво тритію, який зазвичай виробляють із літію, виявиться набагато складнішим. Для роботи одного термоядерного реактора буде потрібно від сотень грамів до одного кілограма тритію на день.

Зараз звичайні ядерні реактори виробляють тритій як побічний продукт ядерного поділу, але вони не можуть забезпечити достатньо тритію для роботи великої кількості термоядерних реакторів.

Тому вченим необхідно розробити можливість виробництва тритію всередині самого термоядерного пристрою. Це можна реалізувати шляхом оточення термоядерного реактора літійвмістким матеріалом, який у результаті реакції перетворюється на тритій.

Щоб масштабувати термоядерний синтез з інерційним утриманням, вченим потрібно створити нові лазери, що можуть багаторазово вражати мішень із термоядерного палива, яка складається з дейтерію та тритію, по кілька разів кілька разів на секунду. Поки що жоден лазер не є достатньо потужним, щоб робити це з такою швидкістю. Вченим потрібно створити системи управління та алгоритми, які спрямовуватимуть ці лазери на ціль із граничною точністю.

Щоб масштабувати термоядерний синтез із магнітним утриманням, вченим потрібно створити ефективніші методи нагріву та управління плазмою, а також стійкіші до тепла і радіації матеріали для стінок термоядерного реактора.

Це деякі з найбільших проблем, які вимагають багато зусиль і грошей, але це не означає, що їх не можна вирішити в найближчому майбутньому. Нові дослідження показують, що термоядерна енергія, яка може замінити всі інші види енергії для забезпечення потреб людства вже не є фантастикою. Залишається лише питання, коли вчені зможуть зробити все, щоб максимально масштабувати виробництво чистої і практично безмежної енергії.

Як уже писав Фокус, у США побудують першу в світі термоядерну електростанцію, але почне свою роботу вона в наступному десятилітті.

Також Фокус писав про те, що за допомогою термоядерного синтезу вчені пропонують виявити потенційних інопланетян.