"Святий Ґрааль" для фізиків: 70-річна технологія нарешті наблизила людство до отримання безмежної енергії

Вчені впритул підійшли до створення термоядерної енергії, яка є "Святим Ґраалем" для фізиків.

Вчені вже понад 70 років намагаються створити на Землі термоядерну енергію, яка живить Сонце, і тепер вони стали ближчими до цієї мети, ніж будь-коли, пише Inverse.

Вчені з усього світу намагаються створити потенційно безмежне джерело чистої енергії, яке зможе допомогти позбавитися людям використання викопного палива, а може навіть і атомної енергетики.

Термоядерний синтез

Усередині Сонця постійно відбувається термоядерний синтез, тобто атоми водню зливаються разом і з'являються атоми гелію. За фактом два легкі ядра атома формують важче ядро. Вчені, які вивчають термоядерний синтез, часто використовують для відтворення такого самого процесу на Землі дейтерій та тритій, які є ізотопами водню.

Щоб створити термоядерний синтез, реактори на Землі повинні підтримувати температуру більш ніж 50 млн градусів Цельсія.

Зробити це дуже непросто, але зараз вчені модернізують конструкції реакторів 50-х і 60-х років минулого століття, щоб створити термоядерну реакцію, що постійно підтримується, вже в найближчі десятиліття. Один із таких незвичайних реакторів називається стеларатор і вчені нещодавно знову звернули на нього увагу. Але лише час покаже, чи зможе він перевершити своїх конкурентів.

Важливий науковий прорив

Одним із методів для отримання термоядерної енергії є інерційний керований термоядерний синтез, яким активно займаються вчені з Ліверморської національної лабораторії ім. Лоренса. Наприкінці минулого року вони здійснили науковий прорив, коли змогли витратити на підтримку термоядерної реакції менше енергії, ніж отримали зрештою.

Токамак — тип термоядерного реактора

Також фізики використовують магнітні поля для створення термоядерної енергії. Перші термоядерні реактори працювали на магнітному утриманні, і в цих реакторах вчені перетворювали гарячу плазму на потрібну форму для здійснення термоядерного синтезу. Цей процес використовується досі, магнітні реактори бувають різних форм і найчастіше це токамаки.

Найбільший токамак називається ІТЕР і знаходиться він на півдні Франції, але цей експериментальний термоядерний реактор ще не розпочав свою роботу, і деякі експерти взагалі сумніваються, що він зможе досягти поставленої мети.

Стелаторатор – тип термоядерного реактора

Серед магнітних реакторів є альтернатива, яка називається стеларатор. Цей тип реактора для здійснення керованого термоядерного синтезу був винайдений США ще в 1950-х роках. І вчені вважають, що він досі має кілька ключових переваг перед токамаком. Тому модернізація цієї технології може призвести до отримання безмежної енергії, вважають вчені.

Лайман Спітцер, фізик із США, який запропонував ідею нового реактора, знав, що все, що необхідно для отримання термоядерної реакції, це нагріти плазму до температури 50 млн градусів Цельсія. Єдина проблема полягала в утриманні плазми у ректорі. Це можна зробити за допомогою магнітів, але самі собою магніти не можуть завадити плазмі врізатися в стіни реактора і втрачати величезну кількість тепла, необхідного для підтримки стабільного потоку енергії.

Тому Спітцер створив стеларатор, який є замкненою магнітною котушкою для утримання плазми. Стеларатор відрізняється від токамака тим, що магнітне поле для ізоляції плазми від стін камери реактора повністю створюється зовнішніми котушками, що дозволяє використовувати цей реактор безперервно. Вже 1962 року Спітцер спробував отримати термоядерну енергію, але йому не вдалося. Тому з того часу фізики звернули свою увагу на токамаки, а стеларатор пішов на другий план. Але в 1988 році німецькі вчені створили стеллатор нового покоління Wendelstein 7-AS. Цей тип реактора склав сильну конкуренцію токамакам.

Наразі вчені вважають, що у токамаків є суттєвий недолік порівняно зі стелараторами. Токамак вимагає сильного електричного струму, щоб індукувати магнітне поле, що містить плазму. Струм також робить плазму більш крихкою, що створює проблеми для вчених.

Безмежна енергія та стеларатори

Тим часом, стеларатори не потребують такого струму і можуть легше утримувати плазму протягом тривалих періодів часу, що є необхідною умовою для досягнення термоядерного синтезу.

У міру розвитку технологій німецькі вчені створили найбільший з колись побудованих стелараторів — Wendelstein 7-X, який був запущений у 2015 році. З того часу фізики вдосконалюють можливості цього реактора, але до отримання стабільного тривалого термоядерного синтезу ще далеко.

Водночас вчені вважають, що саме в цьому стелараторі можна отримати тривалий контрольований термоядерний синтез, що призведе до отримання безмежної енергії. Принаймні на це вказують недавні експерименти.

Хоча вчені вказують на те, що потрібно створити набагато більші реактори і деякі американські компанії вже працюють над цим. Протягом найближчих 10 років у США мають побудувати новітній стеларатор, який може призвести до того, що чиста термоядерна енергія хлине потоком до енергосистем. Якщо, звичайно, вченим вдасться досягти необхідних результатів для підтримки тривалого термоядерного синтезу.