На протяжении полувека ядерный синтез представлял собой окончательный рубеж энергетики, горизонт надежд и инноваций. На этом пути, состоящем из огромного прогресса и столь же большого количества проблем, научному сообществу пришлось столкнуться с трудностью сделать процесс управляемым и устойчивым, который, с одной стороны, теоретически прост, с другой стороны, оказывается чрезвычайно трудным. на практике сложный. Где мы находимся на самом деле?
Увлекательность и сложность энергетики ядерного синтеза
Концепция ядерного синтеза, которая предполагает объединение легких атомных ядер в более тяжелые с высвобождением энергии, очаровывала ученых с момента ее появления. Эта технология обещает повторить процесс, который питает Солнце и звезды, предлагая практически неограниченный и чистый источник энергии. Однако путь к воплощению этой теории в осязаемую реальность оказался более извилистым, чем ожидалось.
Главным препятствием на пути к осуществлению ядерного синтеза является создание среды, которая может сдерживать и контролировать реакцию. Для термоядерного синтеза требуются чрезвычайно высокие температуры, порядка миллионов градусов, что затрудняет поддержание стабильности и контроля реакции. Кроме того, процесс должен производить больше энергии, чем потребляется для его запуска. Это состояние известно как «точка безубыточности».
Достигали ли мы этого когда-нибудь? Да, недавно, в 2022 году, на Национальной установке зажигания в США. Возможно, спустя десятилетия это был настоящий, первый поворотный момент.
Два основных подхода: инерционное и магнитное удержание.
В настоящее время существует два основных метода достижения управляемой энергии ядерного синтеза: инерционное удержание и магнитное удержание.
Инерционное удержание
Инерционное удержание — это метод, целью которого является достижение ядерного синтеза за счет использования мощного источника энергии, такого как мощные лазеры или пучки частиц, который фокусируется на небольшой цели, обычно капсуле, содержащей термоядерное топливо (водород). Идея состоит в том, чтобы быстро сжать и нагреть топливо до такой высокой температуры и давления, что атомные ядра сливаются, высвобождая энергию. Этот процесс происходит за очень короткий промежуток времени, отсюда и термин «инерционный», поскольку реакция должна завершиться, прежде чем топливо сможет расшириться и остыть.
Магнитное удержание
С другой стороны, магнитное удержание использует мощные магнитные поля для сдерживания и контроля горячей водородной плазмы. Плазма — это, по сути, газ заряженных частиц (ионов и электронов) при чрезвычайно высоких температурах, необходимых для термоядерного синтеза. Магнитные поля служат для поддержания стабильности плазмы и вдали от стенок реактора, поскольку при контакте с твердыми материалами плазма охлаждается и реакция термоядерного синтеза прекращается. Этот метод основан на постоянном и продолжительном контроле над плазмой для поддержания реакции и производства энергии ядерного синтеза.
Дорожная карта
70 лет атомной энергетики все еще недостаточно. С 1954 года, когда Обнинская атомная электростанция в Советском Союзе стала первой атомной электростанцией в мире (производящей около 5 МВт электроэнергии), прогресс и неудачи продолжались с постоянной скоростью. За исключением последних лет. В двух словах, это недавняя панорама и обновленные прогнозы.
- 2007: Аввио дель проект ИТЭР, термоядерный реактор, с первой целью построить первую термоядерную атомную электростанцию к 2025 году.
- 2022: объявление эксперимента в Калифорнии который производил энергию в результате ядерного синтеза.
- 2023: Европейские учёные из лаборатории JET добиться значительных результатов, приближая ядерный синтез к реальности.
- 2024: Италия через ENEA также участвует в экспериментах по термоядерной энергии (таких как новый реактор началось в Японии), способствуя исследовательской деятельности в этой области.
- 2035: Прогноз начала первых операций с дейтерием и тритием в рамках проекта ИТЭР.
- 2040: Прогноз строительства «первой в своем роде» электростанции.
Действительно, до первой термоядерной электростанции осталось 15-20 лет. Это не пессимистические оценки, наоборот. Возможно, они слишком оптимистичны: управление плазмой в магнитном удержании и создание стабильной среды для термоядерного синтеза остаются сложными задачами.
И все проекты (включая ИТЭР, который станет первым «динозавром» в отрасли) столкнулись с проблемами управления. и непредвиденные расходы.
Будущее ядерного синтеза
Некоторые эксперты сохраняют оптимизм, другие более осторожны, но всех их объединяет одно: привлекательность чистой, почти неограниченной энергии будет продолжать стимулировать исследования в этой области.
Энергия ядерного синтеза представляет собой ставку на будущее энергетических технологий. При правильном сочетании инвестиций, исследований и инноваций он мог бы преодолеть текущие препятствия и стать мировым источником энергии. История науки полна задач, которые казались непреодолимыми и которые затем были преодолены благодаря человеческому гению и упорству в исследованиях. Ядерный синтез мог бы следовать этой модели, превратившись из мечты в осязаемую реальность, оказав глубокое и долгосрочное воздействие на человечество и нашу планету.
Мы все болеем за нее, даже те, кто говорит обратное.
