RW Space

В декабре 2022 года ученые из Национального центра зажигания США объявили об исторической вехе: впервые их реакция термоядерного синтеза с помощью лазера «вышла на уровень безубыточности», производя больше энергии, чем потребляла.

Но такие масштабные достижения требуют тщательной проверки – и это может занять некоторое время.

Важно, что только что прошла серия статей, подробно описывающих экспериментальный дизайн, технологические достижения и результаты первоначальной прорывной реакции. рецензирование, то есть исследователи, не участвовавшие в работе, проверяли методы и результаты, чтобы проверить суммы.

«Это достижение является кульминацией более чем пяти десятилетий исследований и доказывает, что лабораторный синтез, основанный на фундаментальных принципах физики, возможен», — пишут члены команды Indirect Drive ICF (инерционный термоядерный синтез) в первой из пяти статей.

Ядерный синтез, если его использовать и расширять, обещает обильный, неисчерпаемый источник чистой энергии без выбросов парниковых газов от ископаемого топлива или радиоактивных отходов ядерного деления. Синтез — это слияние двух или более атомов с образованием более крупного атома с выделением энергии в процессе.

Эти лабораторные реакции далеки от коммерческих приложений, имитируя реакции термоядерного синтеза, питающие наше Солнце. и звезды в крошечном масштабе. Поскольку масса Солнца не обеспечивает некоторой гравитационной силы, методы синтеза атомов на Земле основаны на тепле.

В случае этой конкретной технологии термоядерного синтеза это тепло передается посредством мощной вспышки света. Эксперименты включают бомбардировку капсулы, содержащей жалкие 220 микрограммов дейтериевого и тритиевого топлива, 192 мощными лазерами, что повышает давление до 600 миллиардов атмосфер, а температуру до 151 миллиона °C (272 миллиона °F).

Эти условия, которые намного превосходят условия внутри Солнца, вызывают взрыв топлива, атомы дейтерия и трития сливаются в гелий и высвобождают энергию.

В ходе революционного эксперимента, проведенного в декабре 2022 года, лазеры выпустили 2,05 балла. мегаджоулей (МДж) энергии в топливо, в результате чего высвобождается 3,15 МДж – таким образом, в результате реакции было произведено примерно в 1,5 раза больше энергии, чем было передано в топливо.

В новых статьях подробно описывается достигнутый прогресс. Возможен «выход на безубыточность», включая изменение топливной смеси, устранение дефектов в стенках капсулы, увеличение массы капсулы размером с горошину, увеличение энергии лазера и увеличение объема используемого топлива.

Прохождение. этот так называемый порог воспламенения ознаменовал новую эру термоядерных исследований, которая с тех пор не замедлилась: в прошлом году исследователи запустили более мощные лазеры и произвели еще больше энергии в нескольких экспериментах.

Исследователи также сообщают результаты одного из последних экспериментов, проведенного в середине 2023 года, в ходе которого было получено 3,88 МДж энергии при той же входной энергии в 2,05 МДж — примерно в 1,9 раза больше затраченной энергии, что является самым высоким выходом на сегодняшний день.

Однако имейте в виду, что для питания лазеров в этих экспериментах используется огромное количество энергии: 500 триллионов ватт, или в тысячу раз больше мощности, чем производит в любой момент национальная энергосистема США. Таким образом, предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти реакции синтеза действительно генерируют больше энергии, чем уходит на их запуск.

«Есть шанс, что у нас будет термоядерный синтез», — Мартин Фрир, физик-ядерщик из Университета. из Бирмингема, рассказал Мэтью Спаркс из New Scientist. «Но с научной точки зрения проблемы, с которыми мы сталкиваемся, довольно серьезны».

Несмотря на обещание чистой энергии, ученые также подчеркивают, что ядерный синтез не является немедленным решением, которое нам нужно для климатического кризиса.

Коммерческие установки ядерного синтеза останутся еще на десятилетия, говорит исследователь ядерного синтеза из Манчестерского университета Аника Хан, когда нам нужно почти вдвое сократить глобальные выбросы углерода в ближайшие 6 лет – к 2030 году – чтобы изменить климат.

К счастью, у нас уже есть технологии возобновляемой энергетики, позволяющие сделать это.

Пять статей были опубликованы в Physical Review Letters, которые вы можете прочитать здесь, здесь, здесь. , здесь и здесь.