70-летняя технология наконец-то приблизила ученых к получению безграничной энергии

Фото: ScienceAlert

Ученые уже более 70 лет пытаются создать на Земле термоядерную энергию, которая питает Солнце, и теперь они стали ближе к этой цели, чем когда-либо, пишет Inverse.

Ученые со всего мира пытаются создать потенциально безграничный источник чистой энергии, который сможет помочь избавиться людям от использования ископаемого топлива, а может даже и от атомной энергетики.

Термоядерный синтез

Внутри Солнца постоянно происходит термоядерный синтез, то есть атомы водорода сливаются вместе и появляются атомы гелия. По факту два легких ядра атома формируют более тяжелое ядро. Ученые, изучающие термоядерный синтез, часто используют для воссоздания такого же процесса на Земле дейтерий и тритий, которые являются изотопами водорода.

Чтобы создать термоядерный синтез, реакторы на Земле должны поддерживать температуру в более, чем 50 млн градусов Цельсия.

Сделать это очень непросто, но сейчас ученые модернизируют конструкции реакторов 50-х и 60-х годов прошлого века, чтобы создать постоянно поддерживаемую термоядерную реакцию уже в ближайшие десятилетия. Один из таких необычных реакторов называется стелларатор и ученые недавно снова обратили на него внимание. Но только время покажет, сможет ли он превзойти своих конкурентов.

Важный научный прорыв

Одним из методов для получения термоядерной энергии является инерциальный управляемый термоядерный синтез, которым активно занимаются ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. В конце прошлого года они совершили научный прорыв, когда смогли потратить на поддержание термоядерной реакции меньше энергии, чем получили в конечном итоге.

Токамак — тип термоядерного реактора

Также физики используют магнитные поля для создания термоядерной энергии. Первые термоядерные реакторы работали на магнитном удержании, и в этих реакторах ученые превращали горячую плазму в нужную форму для осуществления термоядерного синтеза. Этот процесс используется до сих пор, и магнитные реакторы бывают самых разных форм и чаще всего это токамаки.

Самый большой токамак называется ИТЭР и находится на юге Франции, но этот экспериментальный термоядерный реактор еще не начал свою работу, и некоторые эксперты вообще сомневаются, что он сможет достичь поставленных целей.

Стелларатор – тип термоядерного реактора

Среди магнитных реакторов есть альтернатива, которая называется стелларатор. Этот тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза был изобретен в США еще в 1950-х годах. И ученые считают, что он до сих пор имеет несколько ключевых преимуществ перед токамаком. Поэтому модернизация этой технологии может привести к получение безграничной энергии, считают ученые.

Лайман Спитцер, физик из США, который предложил идею нового реактора, знал, что все что необходимо для получения термоядерной реакции, это нагреть плазму до температуры в 50 млн градусов Цельсия. Единственная проблема заключалась в удержании плазмы в ректоре. Это можно сделать с помощью магнитов, но сами по себе магниты не могут помешать плазме врезаться в стены реактора и терять огромное количество тепла, необходимого для поддержания стабильного потока энергии.

Поэтому Спитцер создал стелларатор, который представляет собой замкнутую магнитную ловушку для удержания плазмы. Стелларатор отличается от токамака тем, что магнитное поле для изоляции плазмы от стен камеры реактора полностью создается внешними катушками, что позволяет использовать этот реактор непрерывно. Уже в 1962 году Спитцер попытался получить термоядерную энергию, но у него не получилось. Поэтому с тех пор физики обратили свое внимание на токамаки, а стелларатор ушел на второй план. Но в 1988 году немецкие ученые создали стелларатор нового поколения Wendelstein 7-AS. Этот тип реактора составил сильную конкуренцию токамакам.

Сейчас ученые считают, что у токамаков есть существенный недостаток по сравнению со стеллараторами. Токамак требует сильного электрического тока, чтобы индуцировать магнитное поле, содержащее плазму. Ток также делает плазму более хрупкой, что создает проблемы для ученых.

Безграничная энергия и стеллараторы

Между тем, стеллараторы не нуждаются в таком токе и могут легче удерживать плазму в течение длительных периодов времени, что является необходимым условием для достижения термоядерного синтеза.

По мере развития технологий немецкие ученые создали крупнейший из когда-либо построенных стеллараторов — Wendelstein 7-X, который был запущен в 2015 году. С тех пор физики совершенствуют возможности этого реактора, но до получения стабильного длительного термоядерного синтеза еще далеко.

В то же время ученые считают, что именно в этом стеллараторе можно получить длительный контролируемый термоядерный синтез, что и приведет к получению безграничной энергии. По крайне мере на это указывают недавние эксперименты.

Хотя ученые указывают на то, что нужно создать гораздо более крупные реакторы и некоторые американские компании уже работают над этим. В течение ближайших 10 лет в США должны построить новейший стелларатор, который может привести к тому, что чистая термоядерная энергия хлынет потоком в энергосистемы. Если конечно ученым удастся достичь необходимых результатов для поддержания длительного термоядерного синтеза.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform