США объявят о "прорыве" в области термоядерной энергии

НВ опубликовал достаточно обширный материал об успешном испытании термоядерного энергетического устройства нового типа. Если оценить не только содержание текста но и его не совсем привычный для сообщений такого рода объём, то можно сделать вывод: на этот раз достижение действительно серьезное. Потому и публикую. Понятно что не завтра но тут открываются перспективы решить проблему энергетики с минимальным ущербом окружающей среде.
https://techno.nv.ua/popscience/vosplamenenie-50263263.html
---------------------------------------------------------



Ученые Национального комплекса лазерных термоядерных реакций зафиксировали первый случай «воспламенения» — такой точки термоядерной реакции, после которой она может поддерживать сама себя.

На самом деле ученым удалось это еще год назад, 8 августа 2021 года.
Однако потребовалось немало времени, чтобы подтвердить это достижение — и теперь результаты работы ученых опубликованы сразу в трех статьях двух научных журналов (Physical Review Letters и две в Physical Review E — https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.106.025202, https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.106.025201). Прежде, чем статьи публикуются в таких журналах, они проходят серьезную проверку независимыми командами ученых. Поэтому тот факт, что работа американских ученых прошла эту проверку, означает, что их достижение — это не гипотетическое представление о том, как мы сможем совершить этот прорыв в будущем. Это, фактически, практическое достижение этого прорыва.

Термоядерная энергия — что это такое?

Ядерный синтез можно назвать основой жизни во Вселенной, ведь именно он питает Солнце и другие звезды. На словах он звучит достаточно просто — ядра легких атомных элементов дейтерия и трития (изотопы водорода с одним и двумя нейтронами соответственно) сливаются в нагретой плазме. Эта реакция создает атом гелия и огромное количество энергии как побочный продукт.

Очевидно, что больше всего нас интересует именно этот побочный продукт ядерного синтеза. Потенциально это изменит жизнь всего человечества, ведь это — самый природный и «зеленый» способ добывать энергию из всех возможных.

Кроме того, термоядерные реакторы являются едва ли не самой безопасной технологией. Новый Чернобыль невозможен в условиях термоядерной реакции, ведь в случае любых проблем плазма мгновенно затухает и остывает, а ядерная реакция останавливаются. Это же свойство плазмы одновременно является частью проблемы, над которой сейчас ломают головы тысячи исследователей. Ученые работают над технологией еще с середины ХХ века, однако до сих пор им так и не покорилась одна самая важная деталь: возможность получать больше энергии, чем требуется для работы реактора, который поддерживает ядерную реакцию.

«Воспламенение» — ключ к термоядерной энергетике

Ученые комплекса NIF работают с необычным реактором: это 192 огромных лазера размером с три футбольных поля, которые направляются в центр камеры зажигания. Там находится топливная таблетка с дейтерием и тритием. Лазеры светят на нее со всех сторон, накаляя до состояния плазмы и очень сильно ее сжимая. Таким образом атомы водорода сжимаются в гелий, постепенно высвобождая альфа-частицы, которые высвобождаются из разогретой плазмы в результате самоподдерживающейся реакции.

Как только водородная плазма «воспламеняется», реакция синтеза способна поддерживать сама себя. То есть, реакция производит достаточно энергии, чтобы атомы водорода продолжали сталкиваться без влияния со стороны инженеров, которые в противном случае должны поддерживать реакцию, «вливая» в плазму энергию из других источников, чтобы та не остывала.

По сути, воспламенение во время термоядерной реакции означает, что она произвела достаточно энергии, чтобы поддерживать саму себя — это и есть ключом к тому, чтобы в дальнейшем вырабатывать электроэнергию из термоядерных источников. Именно это и удалось команде ученых из Национального комплекса лазерных термоядерных реакций: в ходе очередного эксперимента они зафиксировали выход энергии объемом более 1,3 мегаджоулей (МДж) всего за несколько наносекунд.

Алекс Зилстра, физик Ливерморской национальной лаборатории (LLNL), где и располагается NIF, рассказывает, что ученые шли к этому постепенно, а успеху предшествовали годы работы над «горящей плазмой». Это — та самая ступенька, которая предшествует «воспламенению» — отличие в том, что «горящая плазма» все еще требует дополнительной энергии для стабильного поддержания термоядерной реакции.

«Достижение условий, необходимых для воспламенения, было давней целью всех исследований термоядерного синтеза с инерционным удержанием и открывает доступ к новому экспериментальному режиму, в котором саморазогрев альфа-частиц опережает все механизмы охлаждения в термоядерной плазме», — говорит Омар Харрикейн, главный научный сотрудник программы LLNL по термоядерному синтезу с инерционным удержанием.

Так когда будет термоядерная энергия?

Несмотря на выдающееся достижение ученых, мы все еще далеки от того, что можно было бы называть термоядреной энергетикой. Достижение «воспламенения» — это невероятно важный шаг, который показывает, что мы наконец начинаем двигаться в правильном направлении, однако работа еще далека от завершения.

Достижение воспламенения — это огромный шаг навстречу термоядерному будущему.
Сейчас ученые планируют использовать все полученные данные от экспериментов и моделирований для перехода к режиму работы за пределами «черты воспламенения». Для этого исследователи NIF усовершенствуют лазеры и модифицируют конструкцию своего реактора, чтобы улучшить подачу топлива и увеличить давление на топливную таблетку.

"Невероятно наконец получить доказательство возможности существования возгорания в лаборатории. Сейчас мы работаем в таком экстремальном режиме, доступа к которому не имел ни один исследователь с момента окончания ядерных испытаний. Это невероятная возможность", — резюмирует Харрикейн.

В материале есть ссылки на научные источники и отсутствуют ссылки на популярное изложение, так что популяризация принадлежит автору статьи в НВ Кириллу Чеботареву. И надо сказать, что понятной по крайней мере для меня статья не является.

Понятно что впервые достигнута ситуация выхода: вы процессе термоядерной реакции выделилось больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции - такого действительно никогда и никому получить не удавалось. Достаточно сказать, что в начале этого проекта установка производила 0,73% энергии от затраченной на запуск.

Так что шаг вперед большой - но это и единственное, что понятно. Как это удалось и за счет чего - тайна, покрытая неизвестным мраком. И хотя да, термоядерная энергия намного безопасней ядерной ибо не производит огромной массы радиоактивных отходов,не создает материалов, которые можно использовать для создания атомного оружия, и не грозит превращением реактора в водородную бомбу.

Однако это не значит что агрегат будет безопасным - никакой процесс, который приводит к производству громадных количеств энергии в сравнительно небольшом пространстве в принципе не может быть абсолютно безопасным. НО по сравнению с ядерным реактором это действительно значительно менее опасное устройство.

И каковы перспективы. Понять из статьи - невозможно. НО на глаз - до промышленного использования по прежнему десятилетия. Точнее из-за размытости изложения понять сложно, а ссылки - они для профессионалов в термоядерной энергетике.

Потому как достижение действительно серьезное и угрожает с еще одной стороны углеводородной энергетике. НО содержание на мой взгляд бедновато. Остается по Щедрину с надеждою ожидать новых разъяснений.