В мире
Лента новостей
Лента новостей
Сегодня
Политика
Общество
Бизнес
Культура
Сделано Русскими
Личные связи
О проекте
Редакция
Контакты
Размещение рекламы
Использование материалов
Запрещенные организации
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 65733 выдано Роскомнадзором 20.05.2016.
Новости В мире
Русская планета
В мире

Физики льют воду

Ученые создали очередную «первую в мире» установку ядерного синтеза, которая выделяет больше энергии, чем поглощает

Артем Асташенков
13 февраля, 2014 22:49
5 мин

Фото: EPA / ИТАР-ТАСС

Американские физики провели два успешных эксперимента по термоядерному синтезу, в ходе которых выделяемая системой энергия превысила полученную. Отчет об их работе опубликован 12 февраля в журнале Nature.
Ядерный синтез — процесс объединения легких ядер атомов в более тяжелые, сопровождающийся существенным выделением энергии. Неуправляемый ядерный синтез человечество освоило еще в 1950-х — сначала США, а затем и СССР испытали водородные бомбы. А вот управляемая самоподдерживающаяся реакция, которая могла бы стать основой нового поколения более эффективных и безопасных электростанций, пока что ученым не дается.
Исследователи из калифорнийской лаборатории NIF (National Ignition Facility, «Национальный комплекс воспламенения») в прошлом году сделали маленький, но важный шаг в сторону создания полноценного реактора ядерного синтеза. В ходе их экспериментов количество энергии, выделенной при синтезе гелия из дейтерия и трития (изотопов водорода), превысило затраченную на запуск этой реакции сначала в 1,7, а затем в 2,6 раза.
Для достижения такого результата американские ученые использовали импульсную систему из 192 лазеров мощностью 500 ТВт, построенную в 2010 году за $3,5 млрд. Ее принцип работы в корне отличается от традиционных и более  изученных квазистационарных систем, где топливо в состоянии плазмы удерживается магнитными ловушками в условиях низкого давления и высокой температуры.
Установка в NIF предназначена для так называемого инерциального термоядерного синтеза. Ее задача — нагревать топливо настолько быстро и равномерно, чтобы слияние ядер атомов успевало произойти до разлета плазмы. Собственно, в равномерности нагрева и состоит основная техническая сложность, на частичное преодоление которой у исследователей ушли последние три года.
Импульсная система NIF работает следующим образом. Массив лазеров нагревает сантиметровый золотой цилиндр, тот испускает рентгеновское излучение, сфокусированное на миниатюрной пластиковой капсуле с дейтерием и тритием в газообразном состоянии. Газ сжимается примерно в 35 раз, превращается в плазму, и в самом центре капсулы атомы начинают соединяться.
Когда NIF сообщили о результатах своего первого эксперимента в октябре 2013 года, это выглядело сенсационно — отчасти потому, что никто из персонала лаборатории не оказался на месте для комментария получившим пресс-релиз журналистам. Письмо было отправлено 29 сентября, а 1 октября все американские федеральные госучреждения закрылись из-за бюджетного кризиса. На самом же деле, как тогда, так и сейчас все оказалось не так просто.
В ядерном синтезе выделяют три фазы. Первая условно называется «перевал» — система должна выделять столько же энергии, сколько тратится на запуск и поддержание реакции. Во второй фазе — «горящей плазме» — установка должна вырабатывать уже примерно в пять раз больше энергии, чем потребляет, а реакция должна продолжаться за счет альфа-частиц, являющихся одним из ее продуктов. В третьей фазе — «воспламенении» — реакция, по идее, будет стабильно поддерживать себя сама. Производство при этом должно превышать потребление, по разным оценкам, в 20-50 раз.
Ни одной из этих фаз человечество пока не достигло. Ближе всего к первой ступеньке подобрался экспериментальный реактор JET, находящийся в Великобритании. Это «традиционная» квазистационарная система, удерживающая плазму в тороидальном магнитном поле. Она производит примерно 70% потребляемой энергии.
Ученые рассчитывают преодолеть «перевал» при помощи ITER — Международного экспериментального термоядерного реактора, который сейчас строится на юге Франции. По плану он должен вырабатывать в 10 раз больше энергии, чем потребляет, но для экспериментов исследовательский комплекс будет готов не раньше 2020 года.
Лаборатория NIF рассчитывала достичь к 2012 году «зажигания». На деле, нынешний результат не является даже «перевалом». В результате синтеза выделяется в 2,6 раза больше энергии, чем получает капсула с дейтерием и тритием, но примерно в 100 раз меньше, чем тратит лазерная установка. Так что реальным достижением ученых здесь является беспрецедентная равномерность нагрева топлива в импульсной системе — безусловно, важный, но не слишком заметный шаг.
Инерциальный синтез не скоро будет применим в электроэнергетике и по причине, совсем не зависящей от исследований в этой области. На электростанции импульсная система должна будет «стрелять» лазером по дейтерий-тритиевым мишеням по нескольку раз в секунду. Установка INF должна остывать между «выстрелами» по нескольку часов. Кроме того, не учитываются затраты на производство этих самых мишеней.
темы
5 мин