Во вторник 13 декабря 2022 года учёные, исследующие термоядерный синтез в Ливерморской национальной лаборатории, объявили о достижении долгожданного этапа приручения этого типа энергии.
О холодном синтезе... афёра, но для чего?
Авторам во всех случаях не удалось найти каких-либо свидетельств протекания холодной термоядерной реакции, но они осторожны в формулировках и не утверждают, что полностью исключили их возможность. У России появился шанс вновь стать лидером в освоении термоядерного синтеза. Лабораторный реактор холодного термоядерного синтеза.
Термоядерный синтез вышел на новый уровень: подробности
Термоядерный синтез заработал, квантовые точки, клей для клеток, уранил из отходов | техно-новости. «Между холодным синтезом и уважаемой наукой нет практически никакой связи, потому что «холодные синтезаторы» видят себя как сообщество в осаде и не поощряют внутреннюю критику. Термоядерный синтез заработал в плюс: американские учёные смогли запустить реакцию с положительным КПД. Эта установка дает надежду на светлое будущее – термоядерный синтез может обеспечить человечество чистой энергией на тысячелетия вперед.
FT: американцы добились прироста чистой энергии в термоядерном синтезе и совершили прорыв
Это крупнейший в мире действующий экспериментальный термоядерный реактор. Его используют для удержания физической плазмы магнитным полем. Он находится в Калхэмском центре термоядерной энергии в Великобритании. Все благодаря международной команде ученых и инженеров в Оксфордшире», — заявил министр ядерной энергетики и сетей Великобритании Эндрю Боуи.
Причем не только в денежном или техническом плане, но и в интеллектуальном. А практическая польза - это освоение здесь, на родине, новых технологий и производства высочайшего качества. ИТЭР - это легитимная возможность "приземлить" у себя дома современные, в том числе уникальные зарубежные технологии, в создание которых вложились ведущие мировые разработчики. Мы получаем законное право использовать их в национальных целях. Сегодня ИТЭР - реальный драйвер технологического развития. И я искренне рад, что мировое термоядерное сообщество оказалось способным отделить решение глобальной задачи человечества от сиюминутной политической риторики. Когда говорят о термоядерных исследованиях и пытаются объяснить назначение сложнейших систем того же ИТЭР, приводят для сравнения процессы внутри Солнца и других звезд.
Заголовок в газете "Солнце в морозильнике" - это не сильное преувеличение к тому, что всем миром строят и обещают показать во французском Кадараше? Виктор Ильгисонис: Имеется в виду, полагаю, сравнение температур горячей плазмы внутри токамака и сверхпроводника в его магнитной системе? Если так, то это образное сравнение серьезно не дотягивает до итэровских реалий: плазма ИТЭРа должна быть в десять раз горячее солнечного ядра, а температура в его криостате - в тридцать раз ниже, чем в морозильнике! А в космосе, если сумеем "приручить" термояд, он какие открывает для человека возможности? Виктор Ильгисонис: Здесь вы, что называется, бьете в самую точку. Я уверен, что истинное место термояда - как раз в космосе. Просто его там будет легче осуществить! Нам не понадобятся ни громоздкие вакуумные камеры со сложной системой откачки, ни дорогостоящий криостат со всеми сопутствующими системами. Да, придется несколько отойти от привычных для Земли схем, понадобятся идеи и эксперименты, но это будет совершенно новый уровень энергооснащения наших космических аппаратов. Судите сами, сегодня на МКС потребителям доступны лишь несколько десятков киловатт мощности, которых, конечно же, недостаточно для серьезной работы на орбите и тем более для межпланетных полетов.
Эту тему надо начинать разрабатывать как можно скорее, не дожидаясь осуществления "земного" термояда. В одном из наших первых интервью вы сказали, что термоядерный синтез - вопрос самолюбия для человечества. А сегодня к этому что могли бы добавить? Виктор Ильгисонис: Самолюбие пока не удовлетворено. А задора по мере преодоления трудностей с каждым годом прибавляется.
Порождённые этим процессом рентгеновские лучи пронизали шарик топлива, состоящего из дейтерия и трития. За время меньшее 100 триллионных долей секунды шарик принял на себя 2,05 МДж энергии и выдал поток нейтронов, порождённых синтезом, унесших с собой 3 МДж энергии — в полтора раза больше, чем было потрачено. В результате был преодолён порог «зажигания», как называют его учёные — когда энергия, произведённая синтезом, превысила энергию запустивших реакцию лазеров. О первых успехах учёные отчитались в 2014-м, однако производимая тогда реакцией энергия была крохотной — примерно столько потребляет 60-ваттная лампочка за пять минут.
В термоядерном синтезе используется обратный принцип: вместо расщепления тяжелых элементов соединяются синтезируются легкие — водород и гелий.
Точно такие же процессы протекают в центре звезд. Синтез сопровождается выделением огромного количества энергии, но чтобы он осуществился, требуются уникальные условия. Почему же ученые так упорно ищут подходы к УТС, когда у них уже есть атомная энергетика? Потому что у термоядерного синтеза есть главное неоспоримое преимущество — близкая к идеалу теоретическая энергоэффективность. Ключевая сложность — условия , которые требуется создать, чтобы атомы водорода соединились друг с другом. В ядре Солнца они подвергаются колоссальному давлению вкупе с огромной температурой. Создать такую гравитацию в лабораторных условиях невозможно, поэтому приходится разогревать среду еще сильнее. Так, если в центре нашего светила температура составляет около 15 млн градусов Цельсия, то в термоядерном реакторе — около 150 млн. Разумеется, никакое вещество не способно выдержать подобного жара, поэтому основная задача, над которой сегодня бьются ученые — удержание плазмы как можно дальше от стенок реактора, чтобы они не расплавились. Насколько это опасно Эксперты Курчатовского института замечают , что термоядерный синтез не является цепной реакцией.
То есть при нарушениях в работе установки процесс попросту остановится.
Ядерный синтез: недавний эксперимент преодолевает два основных препятствия для работы
Много энергии это хорошо, но есть проблема. Чтобы запустить такую реакцию, нужно сильно столкнуть ядра. Для этого придется разогреть вещество примерно до 100 миллионов градусов Цельсия. Люди умеют это делать, причем довольно успешно. Именно это происходит в водородной бомбе, где разогрев происходит за счет традиционного ядерного взрыва. Результат — термоядерный взрыв великой силы. Но конструктивно использовать энергию термоядерного взрыва не очень удобно. Поэтому ученые многих стран уже более 60 лет пытаются обуздать эту реакцию и сделать ее управляемой. К сегодняшнему дню управлять реакцией уже научились например, в ITER, удерживая горячую плазму электромагнитными полями , но на управление тратится примерно столько же энергии, сколько выделяется при синтезе. А теперь представим, что есть способ запустить ту же реакцию, но при комнатной температуре.
При определенных условиях пузырьки лопаются, выделяя большое количество энергии. Как пузырьки могут помочь в ядерном синтезе? Очень просто: в момент "взрыва" температура внутри пузырька достигает десяти миллионов градусов по Цельсию — что сравнимо с температурой на Солнце, где свободно происходит ядерный синтез. Талейархан и Лейхи пропускали звуковые волны через ацетон, в котором легкий изотоп водорода протий был заменен на дейтерий. Им удалось зарегистрировать поток нейтронов высокой энергии, а также образование гелия и трития — еще одного продукта ядерного синтеза. Несмотря на красоту и логичность экспериментальной схемы, научная общественность восприняла заявления физиков более чем прохладно. На ученых обрушилось огромное количество критики, касающейся постановки эксперимента и регистрации потока нейтронов. Талейархан и Лейхи переставили опыт с учетом полученных замечаний — и снова получили тот же результат. Тем не менее, авторитетный научный журнал Nature в 2006 году опубликовал статью , в которой высказывались сомнения в достоверности результатов. Фактически, ученых обвинили в фальсификации. В Университете Пердью, куда перешли работать Талейархан и Лейхи, было проведено независимое расследование. По его итогам был вынесен вердикт: эксперимент поставлен верно, ошибки или фальсификации не обнаружено. Несмотря на это, пока в Nature не появилось опровержения статьи, а вопрос о признании кавитационного ядерного синтеза научным фактом повис в воздухе. Новая надежда Но вернемся к японским физикам. В своей работе они использовали уже знакомый палладий. Точнее, смесь палладия с оксидом циркония. Ученые пропускали дейтерий через ячейку, содержащую эту смесь. После добавления дейтерия температура внутри ячейки поднялась до 70 градусов по Цельсию. По словам исследователей, в этот момент в ячейке происходили ядерные и химические реакции. После того как поступление дейтерия в ячейку прекратилось, температура внутри нее оставалась повышенной еще в течение 50 часов. Физики утверждают, что это свидетельствует о протекании внутри ячейки реакций ядерного синтеза - из атомов дейтерия, сблизившихся на достаточное расстояние, образовывались ядра гелия.
Образование пузырьков может быть, в частности, спровоцировано прохождением через жидкость звуковых волн. При определенных условиях пузырьки лопаются, выделяя большое количество энергии. Как пузырьки могут помочь в ядерном синтезе? Очень просто: в момент "взрыва" температура внутри пузырька достигает десяти миллионов градусов по Цельсию — что сравнимо с температурой на Солнце, где свободно происходит ядерный синтез. Талейархан и Лейхи пропускали звуковые волны через ацетон, в котором легкий изотоп водорода протий был заменен на дейтерий. Им удалось зарегистрировать поток нейтронов высокой энергии, а также образование гелия и трития — еще одного продукта ядерного синтеза. Несмотря на красоту и логичность экспериментальной схемы, научная общественность восприняла заявления физиков более чем прохладно. На ученых обрушилось огромное количество критики, касающейся постановки эксперимента и регистрации потока нейтронов. Талейархан и Лейхи переставили опыт с учетом полученных замечаний — и снова получили тот же результат. Тем не менее, авторитетный научный журнал Nature в 2006 году опубликовал статью , в которой высказывались сомнения в достоверности результатов. Фактически, ученых обвинили в фальсификации. В Университете Пердью, куда перешли работать Талейархан и Лейхи, было проведено независимое расследование. По его итогам был вынесен вердикт: эксперимент поставлен верно, ошибки или фальсификации не обнаружено. Несмотря на это, пока в Nature не появилось опровержения статьи, а вопрос о признании кавитационного ядерного синтеза научным фактом повис в воздухе. Новая надежда Но вернемся к японским физикам. В своей работе они использовали уже знакомый палладий. Точнее, смесь палладия с оксидом циркония. Ученые пропускали дейтерий через ячейку, содержащую эту смесь. После добавления дейтерия температура внутри ячейки поднялась до 70 градусов по Цельсию. По словам исследователей, в этот момент в ячейке происходили ядерные и химические реакции. После того как поступление дейтерия в ячейку прекратилось, температура внутри нее оставалась повышенной еще в течение 50 часов.
Строительство проекта SPARC, запущенного в 2018 году, планируется начать в июне следующего года, а сам реактор может заработать в 2025 году. Это намного раньше, чем крупнейший в мире проект термоядерной энергетики, известный как Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER : он был задуман в 1985 году, в 2007 году началось проектирование, и, хотя строительство стартовало в 2013 году, ожидается, что первая термоядерная реакция в нем будет проведена в лучшем случае к 2035 году. В SPARC будут использоваться так называемые высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые стали коммерчески доступными только в последние три-пять лет — ощутимо позже, чем был спроектирован ИТЭР и началось его строительство. Для сравнения, сила магнитного поля Земли колеблется от 30 до 60 миллионных долей тесла. Предварительная схема ITER. В семи новых исследованиях ученые описали результаты расчетов и моделирований суперкомпьютеров, лежащих в основе конструкции SPARC. Ожидается, что этот термоядерный реактор будет генерировать как минимум в два, а то и в 10 раз больше энергии, чем потребляет, как показали исследования. Однако все еще ITER будет как минимум в 5 раз мощнее. А дальше принцип работы схож с текущими атомными электростанциями: тепло от термоядерного реактора будет превращать воду в пар. Он, в свою очередь, будет приводить в действие турбину и электрический генератор, после чего конденсироваться и снова нагреваться у реактора, завершая цикл.
Термоядерный синтез: ещё один шаг | Hi-Tech
В термоядерном синтезе ядра разгоняются до высоких скоростей (в токамаках и в Солнце — из-за высокой температуры). Проблемы термояда обсудили на 50‑й Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в Звенигороде 20–24 марта. Реакции термоядерного синтеза не выделяют ни углерода, ни радиоактивных отходов с долгим периодом полураспада, а небольшая чашка водородного топлива теоретически может питать дом в течение сотен лет. Общепринятый основан на медленном термоядерном синтезе, в рамках которого физики планируют удерживать горячую плазму с помощью магнитных полей и электрических токов.
Частный термоядерный синтез: фантазии или реальность?
Следует понимать, что холодный ядерный синтез на настольных аппаратах не только возможен, но и осуществлен, причем в нескольких версиях. Несмотря на то что многие считают эту публикацию Керврана первоапрельской шуткой, некоторые ученые всерьез заинтересовались проблемой холодного ядерного синтеза. «Между холодным синтезом и уважаемой наукой нет практически никакой связи, потому что «холодные синтезаторы» видят себя как сообщество в осаде и не поощряют внутреннюю критику. Следует понимать, что холодный ядерный синтез на настольных аппаратах не только возможен, но и осуществлен, причем в нескольких версиях.