Благодаря огромной массе Солнца, в ядре звезды происходит процесс под названием ядерный синтез. Это когда под воздействием давления и астрономических температур молекулы водорода превращаются в гелий, выделяя при этом невероятное количество энергии. Когда же наука и технологии позволят людям воссоздать этот процесс на Земле?
Скрытый текст
Мне бы хотелось думать, что мы умнее солнца. Но давайте всё же сравним.
С одной стороны, люди достигли огромных успехов в науке и технике, создали города, машины, компьютеры и телефоны. Мы расщепили атом для мира… и для войны. А что солнце? Это просто огромный шар плазмы, состоящий в основном из водорода и гелия. На этом, в общем-то и всё.
Иногда, во время коронарного выброса массы, он плюется газообразным водородом. Без преувеличения можно сказать, что во Вселенной есть куда более интересные объекты, чем Солнце или любая другая неживая материя.
Зато солнцу подвластен особый способ производства энергии, — ядерная реакция, с которой мы всё не можем разобраться: синтез.
Злость берет, когда видишь, как солнце спокойно делает то, над чем лучшие умы человечества корпели на протяжении полувека.
Почему же так происходит? И когда мы наконец нагоним с помощью технологий этот шар ионизированного газа?
Разумеется, способность солнца генерировать энергию по средствам термоядерной реакции зиждется на его огромной массе.
Грубо говоря, Солнце — это тысяча девятьсот восемьдесят девять на десять в двадцать седьмой степени килограммов в основном водорода и гелия.
Сжатый силой гравитации газ образует в центре звезды ядро, температурой пятнадцать миллионов градусов по Цельсию, и в сто пятьдесят раз плотнее воды.
Именно там происходит процесс по превращению атомов водорода в гелий.
Термоядерная реакция – экзотермическая, а это значит, что при создании каждого атома гелия выделяются фотоны в виде гамма-излучения.
Эта энергия превращается в световое давление, которое противодействует гравитации, сжимающей звезду. Фотоны медленно достигают поверхности солнца и улетают в космос. Какая расточительность.
Но как нам повторить такое на Земле?
Как вариант, мы могли бы собрать столько же водорода, сколько и в Солнце, но это непрактично. Где мы будем его хранить?
Куда лучше воссоздать условия солнечного ядра при помощи наших продвинутых технологий. Если мы сможем создать термоядерный реактор, температура и давление в котором будут настолько высоки, что атомы водорода превратятся в гелий, то сможем, как и Солнце, приручить энергию фотонов.
Основная технология, разработанная для этих целей, называется токамак — полное название на русском: тороидальная камера с магнитными катушками, прототип был создан в СССР в шестидесятых.
Сегодня разрабатываются и другие реакторы, но принцип их работы почти не изменился. Вакуумная камера заполнена водородным топливом. Через нее проходит огромное количество электроэнергии, нагревая водород до состояния плазмы.
Чтобы разогреть её еще сильнее, до температуры сто пятьдесят или даже триста миллионов градусов по Цельсию, это почти в двадцать раз горячее солнечного ядра, ученые используют разные методы, в том числе и лазеры.
Сверхпроводящие магниты удерживают плазму от соприкосновения со стенками вакуумной камеры, которые иначе бы расплавились.
Как только температура и давление достигают необходимого значения, атомы водорода превращаются в гелий, почти как в солнечном ядре.
Высвобождающиеся фотоны, разогревают плазму и поддерживают реакцию без какой-либо дополнительной энергии.
Избыточное тепло достигает стенок камеры и может быть использовано для чего-нибудь полезного.
Проблема заключается в том, что для разогрева газа в камере и удержания плазмы требуется больше энергии, чем производит сам реактор.
Мы можем создать термоядерную реакцию, мы просто не можем извлечь из системы избыток энергии… пока.
Термоядерная реакция – сравнительно чистый и безопасный способ производства энергии. Источник топлива – вода, а побочный продукт – гелий, которого, к слову, в мире осталось не так уж и много. Если с реактором что-то случится, он остынет и термоядерная реакция остановится.
Однако высокоэнергетические частицы станут для нас проблемой. Они разлетятся в разных направлениях и все, что окружает камеру станет радиоактивным. Так что сама установка будет представлять смертельную угрозу еще полвека, но после короткого периода полураспада, уже через пятьсот лет, он станет таким же радиоактивным, как угольная зола. Вы же знали, что она радиоактивна? При хорошем раскладе, термоядерный реактор может вырабатывать огромное количество энергии. Тем не менее, сегодня действующих реакторов у нас нет.
Прежде чем рассказать вам о конкретных экспериментах в этой области, и о том, когда же можно ожидать первых успехов в получении чистой энергии, я хочу поблагодарить Джеймса Аберсона, Люка Хателера, Эрика Эм. Арраква и еще семьсот тридцать одного подписчика на Патреоне за их поддержку.
Если вам нравится это видео, и вы хотите поддержать наш канал, переходите по ссылке в описании.
Теперь вы знаете, что такое термоядерная энергия и как она работает, каково положение дел сейчас и когда она обеспечит нас дешевой безопасной энергией, если обеспечит…
В экспериментах с термоядерной реакцией количество произведенной энергии сравнивается с количеством затраченной.
Так, если реактору для производства десяти мегаватт мощности необходимо сто мегаватт электроэнергии, то ему будет присвоен коэффициент ноль целых одна десятая.
А нам нужно минимум один. В таком случае, затраченная энергия будет равна полученной, но подобное соотношение еще ни разу не было достигнуто.
Хотя, мы близки к этому.
В Китае построили экспериментальный сверхпроводящий токамАк, Ист.
В две тысячи шестнадцатом году инженеры сообщили, что им удалось запустить установку на сто две секунды и нагреть газ до пятидесяти миллионов градусов по Цельсию. Если это правда, то Китай вырывался вперед в гонке по созданию управляемой термоядерной реакции. Но этот результат не проходил независимую проверку, а столь знаковое событие было описано лишь в одной научной статье.
Исследователи из Технологического института Карлсруэ недавно объявили, что их стелларатор Вендельстайн семь икс (красивое имя), нагрел газообразный водород до восьмидесяти миллионов градусов по Цельсию, однако, лишь на четверть секунды.
Горячо, но мало.
Стелларатор работает чуть иначе, чем токамак. Он удерживает плазму изогнутыми кольцами и внешними магнитами. Хорошо, что у нас есть несколько вариантов.
Самый крупный эксперимент с термоядерной реакцией проходит прямо сейчас во французском исследовательском центре Кадараш.
Это Итэр, или Международный экспериментальный термоядерный реактор, и на него возлагают большие надежды.
Эта огромная конструкция достигает тридцати метров в ширину и высоту.
А размеры ее камеры в теории позволяют создать самоподдерживающуюся термоядерную реакцию, используя для этого тепло, выделяемое при слиянии атомов водорода.
Дополнительная энергия понадобиться лишь для работы магнитов, удерживающих плазму, но не для того, чтобы поддерживать ее температуру.
В случае удачи, Итэр присвоят коэффициент десять.
Иными словами, на каждые десять мегаватт затраченной энергии он будет вырабатывать сто мегаватт полезной мощности.
Возведение Итэр еще не завершено, на июнь две тысячи пятнадцатого года затраты на строительство составили четырнадцати миллиардов долларов.
Его планируют построить к две тысячи двадцать первому году, а первые эксперименты намечены на две тысячи двадцать пятый.
И если Итэр оправдает возложенные на него надежды, то совсем скоро мы получим энергию из термоядерного синтеза.
Разумеется, это всего лишь эксперимент, а не настоящая энергостанция, и в случае успеха энергосеть на основе термоядерного синтеза появится спустя десятилетия.
Вполне возможно, что через десять лет найдется человек, который явит миру самоподдерживающуюся термоядерную реакцию, что произведёт больше энергии, чем будет потреблять.
И еще лет двадцать уйдет на то, чтобы адаптировать под эту энергию наши электросети.
И вот тогда самодовольному солнцу придется подыскать себе новую работу.
