Нынешний энергетический кризис показал, что человечество не готово отказываться от ядерной энергетики, так как она гораздо более эффективна возобновляемых источников энергии. Однако она имеет ряд недостатков, которые всем прекрасно известны. Поэтому ученые с середины прошлого века работают над освоением альтернативного источника энергии — термоядерного синтеза. Он во всех отношениях превосходит технология получения энергии путем расщепления атомного ядра, так как более эффективен, при этом менее опасен и в целом экологичен. Выработка электроэнергии данным способом осуществляется без выбросов углекислого газа в атмосферу. Но в чем суть этой технологии, насколько она перспективна и как близко ученым удалось подойти к ее реализации?
Реактор, в котором ученые воспроизводят термоядерный синтез
Содержание
- 1 Термоядерный синтез
- 2 В чем преимущества термоядерного синтеза
- 3 Термоядерный синтез в земных условиях
- 4 Прорыв в термоядерной энергетике — каких успехов удалось добиться?
Термоядерный синтез
Впервые термоядерный синтез был открыт в 1920 году. Уже вначале 1950 годов ученые начали работать над тем, чтобы освоить его и использовать для добычи электроэнергии. Однако многочисленные исследования и эксперименты успеха не имели. В какой-то момент ученые даже решили, что освоить ядерный синтез вообще невозможно.
Но, несмотря на такую недоступность, именно благодаря ядерному синтезу на Земле существует жизнь. Более того, мы ощущаем его на себе каждый день. Да, тепло и свет, которые исходят от Солнца, возникают именно в результате термоядерного синтеза. Однако реакция происходит в ядре звезды естественным образом при определенных условиях — экстремально высокой температуре и давлении. Ученым же нужно воспроизвести ту же самую реакцию, только в наших земных условиях, что гораздо сложнее.
На Солнце происходит термоядерный синтез, в результате чего вырабатывается колоссальная энергия
В чем же суть термоядерного синтеза? Традиционная ядерная энергетика основана на делении тяжелого ядра на два более легких. При расщеплении атомного ядра выделяется большое количество энергии. На основе этого принципа работают все АЭС, включая даже малые модульные реакторы, о которых мы не так давно рассказывали.
При термоядерном же синтезе происходит все с точностью до наоборот — два легких ядра врезаются друг в друга на огромной скорости и соединяются в одно ядро. При этом тоже вырабатывается колоссальная энергия, которую можно преобразовать в электричество.
В чем преимущества термоядерного синтеза
При термоядерном синтезе высвобождается в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении ядра, а также в четыре миллиона раз больше энергии, чем при сжигании угля или газа. Но это далеко не единственное преимущество данной технологии. Для работы обычных реакторов требуется ядерное топливо — урановые стержни, которые являются радиоактивными. В ходе реакции образуются отходы — плутоний, который также является радиоактивным. Это, пожалуй, один из главных недостатков ядерной энергетики.
Термоядерная энергетик более экологичная и безопасная, чем ядерная
Что касается термоядерного синтеза, то для его реализации оптимальным материалом считается дейтерий (тяжелый водород), который вообще не излучает радиацию, а также тритий — изотоп водорода. Тритий хоть и радиоактивен, но менее опасен в силу небольшого и сравнительно не долгого излучения. Таким образом термоядерный синтез позволяет решить проблему ядерных отходов.
Дейтерий имеется в большом количестве в морской воде, а тритий ученые могут создавать искусственно путем облучения лития нейтронами. То есть топливо для термоядерного синтеза не дорогое и доступное.
Коме того, термоядерная энергетика более безопасная, чем ядерная, так как термоядерный синтез можно в любой момент остановить. Более того, реакция сама останавливается, когда условия изменяются, к примеру, повышается или понижается температура. Это значит, что термоядерные станции не несут потенциальной опасности.
Термоядерный синтез подразумевает соединение двух легких ядер в одно
Термоядерный синтез в земных условиях
Чтобы воспроизвести реакцию, необходима плазма, то есть определенные газы, разогретые до температуры в 150 млн градусов Цельсия. Это во много раз больше, чем температура солнечного ядра. Для понимания, разогретая до такой температуры плазма практически в 1 млн раз легче воздуха, так как все ее протоны и нейтроны разделены. Как мы уже сказали выше, наиболее подходящие условия для термоядерного синтеза происходят при создании плазмы из дейтерия и трития.
Когда эти вещества разогреваются до оптимальной температуры, атомные ядра сталкиваются друг с другом на огромной скорости, в результате чего выделяется тепло, то есть та самая энергия, которую можно преобразовать в электричество. Однако именно в этом кроется серьезная загвоздка данной технологии. Как бы это парадоксально ни звучало, но при увеличении температуры, скорость, на которой сталкиваются частицы, уменьшается. То есть плазма словно отключается, и термоядерный синтез перестает происходить. Собственно говоря, этот эффект и обеспечивает безопасность.
Побочным продуктом термоядерного синтеза является гелий — безопасный инертный газ
Прорыв в термоядерной энергетике — каких успехов удалось добиться?
Министерство энергетики США 13 декабря сообщило о том, что ученым удалось добиться технологического прорыва в области термоядерной энергетики. Но о каком именно прорыве идет речь? Впервые ученым удалось получить от термоядерного синтеза больше энергии, чем было затрачено на то, чтоб его воспроизвести.
Однако до создания полноценных термоядерных реакторов и получения электричества в промышленных масштабах еще далеко. По словам самих ученых, это все равно, что сжигать дрова или получать электроэнергию на угольной электростанции. Пока им удалось только “сжечь дрова”. Для получения чистого прироста энергии ученым пришлось использовать один из самых крупных и мощных лазеров в мире. Проще говоря, пока что получить энергию удается только в лабораторных условиях.
Для воспроизведения термоядерного синтеза ученые использовали мощный лазер
Для создания промышленного же термоядерного реактора понадобятся колоссальные ресурсы. Кроме того, еще не решена проблема материалов, из которых будет выполнен реактор. Они должны быть чрезвычайно прочными, так как термоядерная реакция будет оказывать на них большую нагрузку.
Также следует учитывать, что в ходе термоядерной реакции выделяется большое количество тепловой энергии. Поэтому ученым еще необходимо разработать оборудование, которое сможет эффективно преобразовывать эту энергию в электричество. Тем не менее ученые настроены оптимистично. По их мнению, полноценный экспериментальный реактор заработает уже к концу нынешнего десятилетия, а первую демонстрационную электростанцию удастся создать в течение 30 лет.
Пользователи сети поделились своими гениальными открытиями о скрытых функциях вещей