RW Space

Наше общество сталкивается с серьезной задачей обеспечения устойчивых, безопасных и доступных средств производства энергии, пытаясь сократить выбросы углекислого газа до нуля примерно к 2050 году.

На сегодняшний день разработки в области термоядерной энергетики, которые потенциально отвечает всем этим требованиям, финансируется почти исключительно за счет государственного сектора. Однако кое-что меняется.

Согласно опросу Fusion, частные инвестиции в мировую термоядерную промышленность выросли более чем вдвое — с 2,1 млрд долларов США в 2021 году до 4,7 млрд долларов США в 2022 году. Industry Association.

Итак, чем вызвано это недавнее изменение? Есть много поводов для волнения.

Прежде чем мы приступим к изучению этого вопроса, давайте кратко рассмотрим, что такое термоядерная энергия.

Слияние атомов вместе

Слияние работает так же, как наше Солнце, путем слияния двух атомов тяжелого водорода в условиях сильной жары и давления с высвобождением огромного количества энергии.

Это процесс, противоположный процессу деления, используемому на атомных электростанциях, при котором атомы расщепляются. чтобы высвободить большое количество энергии.

Поддержание ядерного синтеза в масштабе может создать безопасный, чистый, почти неиссякаемый источник энергии.

Наше Солнце поддерживает синтез в своей основе с помощью плазма заряженных частиц при температуре около 15 миллионов градусов по Цельсию. На Земле мы стремимся к сотням миллионов градусов по Цельсию, потому что у нас нет огромной массы Солнца, сжимающей для нас топливо.

Ученые и инженеры разработали несколько конструкций для как мы могли бы достичь этого, но большинство термоядерных реакторов используют сильные магнитные поля, чтобы «запирать» и удерживать горячую плазму.

Как правило, основная проблема, которую необходимо преодолеть на пути к коммерческой термоядерной энергетике, заключается в создании условий, которые может содержать интенсивно горящую плазму, необходимую для создания самоподдерживающейся термоядерной реакции, производящей больше энергии, чем было необходимо для ее запуска.

Объединение государственных и частных

разработок термоядерного синтеза развивается с 1950-х гг. Большая часть этого была обусловлена ​​государственным финансированием фундаментальной науки.

Сейчас все большее число частных термоядерных компаний по всему миру продвигаются вперед к коммерческой термоядерной энергии. Решающее значение для этого имело изменение отношения правительства.

Правительства США и Великобритании развивают партнерские отношения между государственным и частным секторами, чтобы дополнить свои программы стратегических исследований.

Например, Белый дом недавно объявила, что разработает «смелое десятилетнее видение коммерческой термоядерной энергии».

В Соединенном Королевстве правительство инвестировало средства в программу, направленную на подключение термоядерного генератора к национальной электросети.

На самом деле технологии тоже продвинулись

Помимо государственно-частных ресурсов, технологии, которые нам нужны для термоядерных установок, развивались стремительно.

В 2021 году Ученые Массачусетского технологического института и Commonwealth Fusion Systems разработали рекордный магнит, который позволит им создать компактное термоядерное устройство под названием SPARC, «которое значительно меньше, дешевле и быстрее».

В последние годы , несколько термоядерных экспериментов также достигли важнейшей вехи поддержания температуры плазмы на уровне 100 миллионов градусов Цельсия или выше.

К ним относятся эксперимент EAST в Китае, флагманский эксперимент KSTAR в Корее и британская компания Tokamak Energy.

Эти невероятные подвиги демонстрируют беспрецедентную способность к воспроизведению условия, обнаруженные внутри нашего Солнца, и удерживают чрезвычайно горячую плазму в ловушке достаточно долго, чтобы стимулировать термоядерный синтез.

В феврале Объединенный Европейский Тор — самый мощный в мире действующий токамак — объявил о мировом рекордном удержании энергии.

p>

И следующий этап эксперимента по получению энергии синтеза для демонстрации чистого прироста мощности, ИТЭР, строится во Франции и уже завершен примерно на 80 процентов.

Магниты — не единственный путь к синтезу, либо. В ноябре 2021 года Национальная установка зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии совершила исторический шаг вперед в области термоядерного синтеза с инерционным удержанием.

Сфокусировав почти 200 мощных лазеров, чтобы ограничить и сжать цель размером с ластик карандаша. , они создали небольшую «горячую точку» термоядерного синтеза, генерирующую энергию термоядерного синтеза в течение короткого периода времени.

В Австралии компания под названием HB11 разрабатывает технологию протонно-борного синтеза с помощью комбинации мощных лазеров и магнитных полей. областях.

Слияние и возобновляемые источники энергии могут идти рука об руку

Очень важно, чтобы инвестиции в синтез не осуществлялись за счет других форм возобновляемой энергии и отказа от ископаемого топлива.

Мы можем позволить себе расширять внедрение существующих технологий возобновляемой энергии, таких как солнечная, ветровая и гидронасосная, а также разрабатывать решения следующего поколения для производства электроэнергии.

Эта точная стратегия была недавно намечена. Соединенными Штатами в их Net-Zero Game Chan Инициатива Герса. В этом плане инвестиции ресурсов будут направлены на разработку пути к быстрой декарбонизации параллельно с коммерческим развитием термоядерного синтеза.

История показывает нам, что невероятный научный и инженерный прогресс возможен, когда мы работаем вместе с правильными ресурсы — быстрая разработка вакцин против COVID-19 — лишь один из недавних примеров.

Очевидно, что многие ученые, инженеры, а теперь и правительства и частные инвесторы (и даже модельеры) решили, что термоядерная энергия — это решение стоит преследовать, а не несбыточная мечта. Прямо сейчас это лучший шанс сделать термоядерную энергию жизнеспособной реальностью.

Натан Гарланд, преподаватель прикладной математики и физики, Университет Гриффита, и Мэтью Хоул, старший научный сотрудник, Институт математических наук, Австралийский национальный университет

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.