В основе термоядерной энергетики лежат те же процессы, что происходят в недрах звезд. Когда ядра легких химических элементов соединяются в более тяжелые, высвобождается энергия, которую можно преобразовать в электричество. У термоядерного синтеза много преимуществ: хотя топливо требуется редкое, его нужно сравнительно мало, электростанции не производят парниковые газы и долгоживущие радиоактивные отходы, а их работа не зависит от погоды и других внешних условий. Такая технология могла бы изменить жизнь людей.
Создать термоядерный реактор пытаются с 1950-х годов. В то время следом за атомными бомбами появились первые атомные электростанции — оптимистам казалось, что энергию синтеза тоже удастся взять под контроль. Но сделать это до сих пор не вышло.
Термоядерные реакции протекают в экстремальных условиях. Чтобы их создать, в вещество сначала «закачивают» энергию. В установках наподобие той, что строят в рамках международного проекта ITER во Франции, топливо сильно разогревается. По плану, в реакторе ITER температура вещества будет в десять раз выше, чем в глубинах Солнца, — посреди Прованса возникнет самое горячее место на десятки триллионов километров вокруг. С инженерной точки зрения это буквально задача со звездочкой.
Получить в реакции больше энергии, чем было затрачено, еще не удавалось. Но, возможно, ученые из США наконец-то смогли это сделать. Об этом 11 декабря сообщил сайт Financial Times, ссылаясь на трех человек, ознакомившихся с предварительными результатами эксперимента в Ливерморской национальной лаборатории. Вечером 13 декабря состоится пресс-конференция, где, как ожидается, о работе расскажут представители Министерства энергетики США и сами ученые.
В эксперименте, проведенном в Ливерморской национальной лаборатории, вещество не нагревали, а сжимали. На топливо — редкие разновидности водорода, которые называются дейтерий и тритий, — в сфере размером с пульку для пневматического пистолета со всех сторон направили 192 лазера. Энергия «на входе» составила 2,1 МДж, а «на выходе» — 2,5 МДж. Отношение второй величины к первой обозначают буквой Q. В данном случае Q>1, что и требовалось.
«Хотя в названии установки — National Ignition Facility — есть слово «зажигание», само зажигание у них долго не получалось. Еще год назад параметр Q был равен 0,06, но общий поток нейтронов уже тянул на рекорд. За год они сделали колоссальный рывок. Дело не только в мощности лазера, а в точном позиционировании мишени с дейтерием и тритием, симметричной твердотельной сфере без примесей и микротрещин, которые помешали бы получить равномерное обжатие. Шаг за шагом улучшая условия эксперимента, они подняли термоядерную энергию до 2,5 МДж и получили мощность 500 ТВт при длительности 5 нсек. Это значит, что идет термоядерная реакция и что они первыми в мире перешли границу зажигания. Крупнейшее достижение! Но — 50 лет. Но — молодцы», — объясняет заместитель директора по техническим вопросам «ИТЭР-Центра» Леонид Химченко.
Правда, даже если предварительные результаты подтвердятся, до термоядерной энергетики по-прежнему далеко.
- Чтобы получить в лазерных лучах 2,1 МДж для обжатия, пришлось израсходовать 400 МДж на накачку лазеров: у аппаратуры низкий КПД.
- Помимо лазеров, на электростанции было бы много другого оборудования, которое тоже требует энергии, как и производство топлива.
- 2,5 МДж — ничтожное количество энергии: столько содержится примерно в 80 мл бензина. Но бензин или другое ископаемое топливо можно сжигать непрерывно, а установка в Ливерморской национальной лаборатории не рассчитана на достаточно частое использование.
- Энергия получена не в виде электричества: установка для этого не предназначена. Но если осуществить преобразование, то существенная часть энергии потерялась бы.
- Неясно, какая доля выделяющейся энергии приходится на ядра гелия, которые, образуясь из дейтерия и трития, остаются внутри сферы, а какая — на разлетающиеся нейтроны. От этого зависит и ход реакции, и получение электричества.
«Пока об энергетике на основе лазерного «термояда» и об эффективности таких установок речь не идет. Но для науки это большое достижение, особенно для поддержки проекта ITER и движения к термоядерной энергетике», — заключает Леонид Химченко.
