Термоядерний синтез: прорив у енергозабезпеченні здійснено?

Міністерство енергетики США оголосило про технологічний прорив у галузі виробництва електроенергії шляхом термоядерного синтезу.

Міністерство енергетики США у вівторок, 13 грудня, оголосило про прорив у розвитку технології термоядерного синтезу, яка може вирішити проблему виробництва величезних обсягів електроенергії без виділення парникових газів. Про це пише видання DW.

Раніше, 11 грудня, газета The Financial Times повідомила, що дослідники з каліфорнійської лабораторії Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) вперше в історії успішно провели реакцію термоядерного синтезу, в результаті якої було вироблено енергію, яка перевищує обсяг витраченої на цей процес. DW зібрала найважливіші факти про технологію термоядерного синтезу та перспективи її застосування.

Реакція термоядерного синтезу має більш високий енергетичний потенціал, ніж усі інші відомі нам джерела енергії. Вона дозволяє вивільнити майже в 4 мільйони разів більше енергії, ніж хімічні реакції, такі як спалювання вугілля, нафти або газу, і в чотири рази більше енергії, ніж реакція поділу атомного ядра, яка сьогодні використовується на атомних електростанціях по всьому світу. Термоядерний синтез було відкрито на початку 20 століття. Сьогодні багато політиків, особливо в Європі, пов’язують із ним майбутнє світової енергетики.

Окрім його високої ефективності, метод виробництва енергії шляхом термоядерного синтезу, за словами прихильників цієї технології, має ще одну перевагу. Він може значно знизити залежність від викопного палива. Атомна енергія як така вважається альтернативою викопному паливу, оскільки при її виробленні не виділяються парникові гази . Основним побічним продуктом є гелій – інертний нетоксичний газ.

Дейтерій міститься у морській воді, а тритій вчені можуть виробляти за допомогою опромінення літію нейтронами. Відновлювані джерела енергії, такі як вітер і сонце, не можуть задовольнити світові потреби в енергії. Термоядерний синтез, у разі успішного освоєння, міг би забезпечити набагато більші обсяги вироблення енергії. Тим часом, щоб термоядерний синтез став реальністю, світу потрібний технологічний прорив у фізиці плазми.

За словами генерального директора Міжнародного термоядерного експериментального реактора (ITER) П’єтро Барабаскі, досягти стабільної реакції термоядерного синтезу технічно важко. Сонячне світло та тепло, які ми відчуваємо на Землі, є результатом реакції термоядерного синтезу. Цей процес відбувається природним чином у ядрі Сонця при екстремальній температурі та тиску.

Завдання вчених полягає в тому, щоб відтворити те, що відбувається в ядрі Сонця, без тиску, що виникає через силу притягання Сонця, яке має значну масу. Щоб зробити реакцію термоядерного синтезу на Землі, необхідно нагріти гази до надзвичайно високих температур – близько 150 мільйонів градусів Цельсія, що приблизно в 10 разів вище за температуру сонячного ядра.

У цей момент гази перетворюються на плазму, яка майже в мільйон разів легша за повітря, яким ми дихаємо. Усі складові її протони, нейтрони та електрони виявляються при цьому розділеними. Дослідники встановили, що створення плазми шляхом нагрівання суміші дейтерію та тритію – це найпростіший спосіб створення середовища для термоядерного синтезу та виділення енергії. В ITER пристрій, який називають токамак, задіює сильне магнітне поле для утримання плазми, що використовується для експериментів з термоядерного синтезу.

У цих екстремальних умовах частинки у плазмі стикаються на великій швидкості, внаслідок чого виділяється тепло. Проте, хоч як парадоксально, за подальшого підвищення температури швидкість, де відбуваються зіткнення, отже, і ефект нагріву, знижується. “Начебто плазма на певному етапі “відключається”, – дивується Барабаскі. За його словами, якщо повернутися до аналогії з дровами, це все одно, що не знати, як розпалити вогонь, який підтримував би “плазму, що горить”. Це найсерйозніша проблема , з якою стикаються вчені, які експериментують із термоядерним синтезом по всьому світу.

Тим часом цей ефект має переваги. Так, “відключення” плазми за несприятливих умов означає, що реакція термоядерного синтезу зупиняється, якщо процес стає нестабільним. Це робить термоядерний синтез безпечнішим, ніж розподіл атомного ядра, вважають експерти. За словами Жиля Пер’є, керівника відділу безпеки та якості в ITER, в реакторі термоядерного синтезу навряд чи станеться аварія, подібна до тієї, що сталася на АЕС у Фукусімі .