Наконец это случилось! Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) стали первыми в мире, кто продемонстрировал чистое производство энергии в результате ядерного синтеза.
NIF preamplifier support structure at the National Ignition Lab at LLNL. Lawrence Livermore National Laboratory.
Другими словами, это первый в истории эксперимент по ядерному синтезу, в ходе которого было получено больше энергии, чем требовалось для его запуска.
Согласно заявлению Министерства энергетики США (DOE), исследователи достигли этой вехи, известной также как воспламенение термоядерного синтеза, на специальной термоядерной установке LLNL (National Ignition Facility - NIF) во время контролируемого термоядерного процесса в прошлый понедельник, 5 декабря. Специалисты ждали результатов экспертной оценки, прежде чем объявить о достигнутом прорыве всему миру.
Это потенциально переломный момент в истории, поскольку он может привести к практически безграничному производству чистой энергии с помощью ядерного синтеза.
Ученым удалось осуществить термоядерное зажигание
Термоядерный синтез постоянно протекает на Солнце и звездах для получения энергии. Такие условия в космосе формируются в результате огромного давления, создаваемого звездами. В то время, когда мировое сообщество борется с проблемой изменения климата и энергетического перехода, ученые усердно разрабатывают технологии, необходимые для использования такого рода энергии.
Ядерный синтез происходит при слиянии двух атомов с образованием более тяжелого ядра, при этом выделяется огромное количество энергии. Очень важно, что при этом процессе не происходит выбросов в атмосферу углекислого газа, а это значит, что он может сыграть ключевую роль в предотвращении наиболее негативных последствий климатических изменений.
На протяжении десятилетий усилия ученых были направлены на преодоление главного препятствия на пути к созданию коммерчески жизнеспособной энергии ядерного синтеза - производству чистой энергии. Реакторы термоядерного синтеза (обычно это реакторы токамак в форме тороида) требуют огромного количества энергии, и до последнего момента ученым не удавалось произвести больше энергии, чем требовалось для запуска технологии. До настоящего дня.
Долгие годы ученые стремились достичь производства чистой энергии ядерного синтеза, который многие из них называют "Святым Граалем" в производстве энергии. Во время прямой трансляции мероприятия, организованного Министерством энергетики США, ученые из LLNL подробно рассказали, как им удалось осуществить производство чистой энергии в рамках эксперимента.
В своей работе исследователи LLNL использовали установку NIF (кстати ее цена составляет 3,5 миллиарда долларов). С помощью мощного 192-лучевого лазера они нагревали и сжимали водородное топливо внутри капсулы размером с перчинку. Такой лазер способен нагреть капсулу до 100 миллионов градусов Цельсия, (это в несколько раз жарче, чем в ядре Солнца), и сжать ее до давления, превышающего давление земной атмосферы более чем в 100 миллиардов раз. Под действием этой невероятной силы капсула взрывается, заставляя атомы водорода сливаться и высвобождать энергию. В своем заявлении Министерство энергетики США отметило, что эксперимент LLNL "превзошел порог термоядерного синтеза, доставив 2,05 мегаджоулей (МДж) энергии к цели. В результате было выработано 3,15 МДж термоядерной энергии. Наши ученые впервые продемонстрировали самую фундаментальную научно-техническую основу для энергии инерционного термоядерного синтеза (IFE)".
Насколько близок ядерный синтез к коммерческому использованию?
Хотя это большой прорыв в науке о ядерном синтезе, стоит отметить, что до коммерческого ядерного синтеза еще далеко.
Во время прямой трансляции мероприятия директор LLNL доктор Ким Будил заявил, что на пути реализации коммерческого ядерного синтеза по-прежнему существуют "очень значительные препятствия". По сути, процесс, достигнутый в ходе эксперимента NIF, должен быть усовершенствован и производиться в гораздо больших масштабах для получения энергии, необходимой для коммерческого термоядерного синтеза.
Тем не менее, ученый подчеркнул, что это "первый фундаментальный шаг", и, скорее всего, сейчас мы находимся всего в паре десятилетий от того, чтобы получить технологию для строительства установки ядерного синтеза.
В результате эксперимента термоядерной реакции было получено в 1,5 раза больше энергии, чем потребовалось для ее запуска. Новый прорыв открывает путь к безграничной и безопасной энергии.
Доктор Марвин Адамс, заместитель администратора по оборонным программам Национальной администрации ядерной безопасности (NNSA), рассказал, что во время эксперимента ученые зафиксировали, что "на запуск системы было затрачено около 2 мегаджоулей, а с генерировано чуть более 3 мегаджоулей", кроме того, "производство энергии заняло меньше времени, чем требуется свету, чтобы пройти один дюйм". Впервые в истории эксперимент по синтезу "произвел больше энергии, чем было затрачено лазерами", - добавил Адамс, - "это очень круто".
Источники и ссылки: Journal Interesting Engineering, United States Department of Energy
1. (https://interestingengineering.com/innovation/nuclear-fusion-net-energy-breakthrough)
2. (https://www.energy.gov/articles/doe-national-laboratory-makes-history-achieving-fusion-ignition)
