Эксперимент по ядерному синтезу произвел больше энергии, чем получил

Это может стать первым в мире и крупным прорывом в поисках чистого, безопасного и практически безграничного источника энергии: по данным Financial Times, исследователи из Национального центра воспламенения в Ливерморе успешно инициировали управляемый ядерный синтез, в результате которого была получена чистая энергия. Согласно данным, в результате их эксперимента было высвобождено 2,5 мегаджоуля энергии, в то время как 2,1 мегаджоуля потребовалось для нагрева топлива.

Ядерный синтез — процесс, происходящий в сердце звезд — включает в себя объединение двух атомных ядер (изотопов водорода) с образованием более тяжелого ядра (гелия); в результате реакции выделяется огромное количество энергии и не образуется вредных отходов. С начала 1950-х годов ученые пытались воспроизвести эту реакцию таким образом, чтобы ее можно было использовать в промышленных масштабах. Однако, несмотря на прогресс, достигнутый в последние годы, ни одной лаборатории не удалось получить больше энергии, чем необходимо для запуска самой реакции.

Топливо (смесь дейтерия и трития) должно быть сжато и нагрето до температуры около 150 миллионов градусов! Похоже, что команда National Ignition Facility (NIF) наконец-то достигла этой цели. Однако результаты еще не подтверждены Национальной лабораторией Лоуренса Ливермора (LLNL), которой еще предстоит определить точную производительность эксперимента. Между тем, Financial Times сообщает, что в ходе испытания было выработано больше энергии, чем ожидалось, и даже повреждено некоторое диагностическое оборудование. Министерство энергетики США заявило, что сегодня объявит о «крупном научном прорыве».

Эксперимент NIF основан на 192 сверхмощных лазерах, которые нагревают и сжимают микрогранулы топлива в плазму — подход, известный как термоядерный синтез с инерционным удержанием, альтернатива термоядерному синтезу с магнитным удержанием, выполняемому в токамаках. В 2021 году NIF уже удалось таким образом произвести более 1,3 мегаджоуля, количество энергии, соответствующее 70% энергии, обеспечиваемой первоначальным лазерным импульсом.

Как сообщается, в ходе недавнего эксперимента исследователи получили около 2,5 мегаджоулей энергии, тогда как входная энергия лазеров составляла 2,1 мегаджоуля — выигрыш почти 20%! «Это монументальный прорыв. С тех пор как я начал работать в этой области, термоядерный синтез всегда был на 50 лет дальше…… С этим достижением картина изменилась«, — сказал ScienceNews физик Гилберт Коллинз, бывший сотрудник NIF.

Он добавляет, что это настоящий поворотный момент в технологии, сравнимый с изобретением транзистора или первым полетом братьев Райт. «Теперь у нас есть лабораторная система, которую мы можем использовать в качестве компаса, чтобы быстро понять, как двигаться дальше«, — сказал он.

«Эксперимент однозначно демонстрирует, что физика лазерного термоядерного синтеза работает. Предстоит еще много работы, чтобы превратить результаты NIF в производство энергии, но это ключевой шаг на этом пути«, — сказал газете Guardian доктор Робби Скотт из Центрального лазерного центра Совета по науке и технологическим объектам, который участвовал в исследовании. Теперь исследователи должны добиться успеха в систематическом воспроизведении этого эксперимента, причем с меньшими затратами, прежде чем они смогут принять эти результаты как должное.

Если этот подвиг будет подтвержден на пресс-конференции сегодня днем, это станет поворотным моментом в области ядерного синтеза. Это первая экспериментальная демонстрация получения чистой энергии в результате ядерного синтеза на Земле. Джастин Уорк, профессор физики Оксфордского университета, сказал, что если в принципе Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса способна выдавать такой результат примерно раз в день, то термоядерная электростанция могла бы делать это 10 раз в секунду.

Однако это не означает, что все мы скоро сможем пользоваться этим источником энергии. Коэффициент усиления все еще слишком мал, чтобы рассматривать возможность применения в промышленных масштабах, и до появления электростанций на основе ядерного синтеза предстоит проделать еще много работы. Как отмечает Guardian, 0,4 МДж эквивалентны примерно 0,1 кВт/ч — энергии, достаточной для работы чайника! Не говоря уже о том, что заявленный прирост энергии не учитывает 500 мегаджоулей, которые были введены в сами лазеры…

В действительности, некоторые эксперты считают, что первый коммерчески жизнеспособный термоядерный реактор не увидит свет в течение нескольких десятилетий. До этого необходимо будет разработать более простые и, прежде всего, менее дорогие методы получения условий, необходимых для реакции синтеза.

Хотя термоядерная энергия может удовлетворить мировые потребности экологически безопасным способом (в отличие от энергии деления, которая производит опасные радиоактивные отходы), на нее вряд ли можно рассчитывать для решения текущих проблем изменения климата.