Мы должны быть позитивными, в очередной раз изучение и применение приводят к конкретным результатам, несмотря на множество недоброжелателей: в энергетической сфере в третий раз третий положительный результат повторил Национальное средство зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, Калифорния, спроектированный не как электростанция, а для воссоздания и изучения реакций, происходящих во время термоядерных взрывов.
В настоящее время лаборатория изучает и проектирует системы производства ядерной энергии путем термоядерного синтеза — футуристической технологии, которая, как полагают, способна решить большинство энергетических проблем планеты, производя практически неограниченное количество энергии без выбросов парниковых газов при незначительном производстве радиоактивных веществ. напрасно тратить.
В последние десятилетия исследователи NIF изучали возможность достижения ядерный синтез, одна из самых сложных задач всей прикладной науки в области энергетики. На самом деле был достигнут первый значительный результат. Декабрь 5 2022, хотя и с ограниченным производством энергии. Все еще слишком мало для рентабельной эксплуатации, но это важная веха, которая дала понять, что мы на правильном пути.
Давайте сделаем небольшой шаг назад: термоядерное зажигание происходит, когда тепловая мощность альфа-частиц, образующихся в результате реакций ядерного синтеза, превышает охлаждающий эффект потерь, связанных, например, с рентгеновским излучением и расширением при взрыве. Когда достаточное количество этих частиц поглощается слоем топлива высокой плотности, генерируется волна термоядерных реакций, которая распространяется в холодное топливо, смесь дейтерия и трития (два изотопа водорода), которая окружает точку тепла. Когда вклад энергии частиц в нагрев топлива составляет более 50%, генерируется самоподдерживающаяся петля обратной связи, которая приводит к взрывному усилению производства энергии.
Проще говоря, термоядерный реактор работает как усилитель энергии, и получаемый выигрыш определяется соотношением между энергией, вырабатываемой в результате реакции синтеза, и энергией, поглощаемой топливом, которое активируется сфокусированными высокоэнергетическими лазерными лучами. маленький золотой цилиндр, называемый Hohlraum, который содержит топливную сферу. Этот метод, называемый непрямым, использует рентгеновские лучи, образующиеся в результате взаимодействия лазера иHohlraum сжать топливную сферу, обеспечивая лучшую симметрию сжатия, чем при прямом подходе.
Следует понимать, что сложность также связана с используемым топливом, которое находится в состоянии плазмы, проще говоря: ионизированный газ, состоящий из набора электронов и ионов и глобально нейтральный (т. е. полный электрический заряд которого равен нулю).
Плазма рассматривается как четвертое состояние материи, которое поэтому отличается от твердого, жидкого и газообразного состояний, а термин «ионизированный» указывает на то, что довольно большая часть электронов отрывается от соответствующих атомов. Оно также существует в природе на Земле, хотя и относительно редко (молнии и северное сияние), но во Вселенной оно составляет более 99% известной материи (звезды находятся в форме плазмы).
Другая трудность заключается в том, что топливо для производства энергии должно поддерживаться при достаточно высокой плотности и достаточно долгое время.
Первый впечатляющий результат был получен в эксперименте Декабрь 5 2022, когда NIF превысил порог воспламенения, производя 3,15 мегаджоулей (МДж) термоядерной энергии с использованием 2,05 МДж энергии лазера.
Чтобы понять «спусковую» мощность лазера, NIF использует 192 лазерных луча, способных излучать на цель ту же мгновенную мощность, которая требуется в среднем для всей американской электросети.
Фактически, Июль 30 2023Лазер NIF, всегда подающий к цели 2,05 МДж энергии, производил 3,88 МДж энергии. Эксперимент был повторенОктябрь 8 2023 и в третий раз НИФ добился зажигания, используя меньшую энергию лазера (1,9 МДж), с выходом менее 2,4 МДж. Несколько дней спустя, Октябрь 30 2023НИФ установил новый рекорд, впервые использовав большее количество энергии зажигания (2,2 МДж) и достигнув 3,4 МДж энергии термоядерного синтеза, что является вторым по величине производством нейтронов, когда-либо достигнутым.
Это важный шаг вперед, но, хотя чистый прирост энергии был достигнут, строительство термоядерной электростанции все равно займет много времени. Конечно, успехи, достигнутые в 2023 году, отреклись от тех, кто считал использование ядерной энергии путем термоядерного синтеза химерой; недоброжелатели полагались на предположение, что с помощью лазеров невозможно достичь уровня точности, необходимого для зажигания топлива, которое, в свою очередь, необходимо поддерживать в необходимом физическом состоянии.
Результаты теперь обнадеживают, и - хотя для того, чтобы получить возможность использовать эту чистую и устойчивую энергию, все еще потребуется около десяти лет - мы должны продолжать инвестировать в подготовку инженеров и исследователей, которые, благодаря своей приверженности, смогут обеспечить лучшее будущее. для всех.
(статья изначально опубликована https://www.ocean4future.org)
Изображение: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса / Интернет
