Американские ученые объявляют о крупном прорыве — The Irish Times

Ученые подтвердили крупный прорыв, который может проложить путь к изобилию чистой энергии в будущем после более чем полувекового исследования ядерного синтеза.

Исследователи из Национального центра воспламенения США в Калифорнии заявили, что эксперименты по термоядерному синтезу высвободили больше энергии, чем было выкачано массивными высокоэнергетическими лазерами лаборатории, что является знаковым достижением, известным как воспламенение или прирост энергии.

Технология далека от того, чтобы превратиться в жизнеспособные электростанции — и она не на грани решения климатического кризиса — но ученые приветствуют прорыв как доказательство того, что энергию звезд можно использовать на Земле.

«На прошлой неделе… они выпустили серию лазеров по топливной таблетке, и в результате термоядерного воспламенения было высвобождено больше энергии, чем от лазера», — сказал доктор Арати Прабхакар, директор отдела политики в Управлении науки Белого дома. . технологии. «Это отличный пример того, чего на самом деле можно добиться упорством».

Энергия термоядерного синтеза открывает перспективы изобилия чистой энергии: в результате реакций не выделяются парниковые газы и радиоактивные отходы. Один килограмм термоядерного топлива, состоящего из тяжелых форм водорода, называемых дейтерием и тритием, обеспечивает энергию, эквивалентную 10 миллионам килограммов ископаемого топлива. Но на это ушло 70 лет.

Выступая во вторник во время объявления, Джилл Хроби из Национальной администрации по ядерной безопасности заявила, что Соединенные Штаты «сделали первый пробный шаг к источнику экологически чистой энергии, который может произвести революцию в мире».

National Ignition Facility) — огромный комплекс в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса недалеко от Сан-Хосе. Он был построен для проведения экспериментов, которые вкратце и в миниатюре воссоздают процессы, запускаемые внутри ядерных бомб, что позволяет Соединенным Штатам поддерживать свои ядерные боеголовки без необходимости проведения ядерных испытаний.

Но опыт также является ступенькой к чистой силе слияния. Чтобы добиться взаимодействия, исследователи запустили до 192 гигантских лазеров в золотой цилиндр сантиметровой длины, называемый хольраум. Интенсивная энергия нагревает контейнер более чем на 3 мС — горячее, чем поверхность Солнца — и заливает рентгеновскими лучами топливные гранулы размером с перец внутри.

Рентгеновские лучи обнажают поверхность зерна и вызывают ракетоподобный взрыв, повышая температуру и давление до экстремальных значений, наблюдаемых только внутри звезд, планет-гигантов и ядерных взрывов. Имплозия достигает скорости до 400 километров в секунду и приводит к слиянию дейтерия и трития.

Каждая пара слившихся ядер водорода производит более легкое ядро ​​гелия, всплеск энергии согласно уравнению Эйнштейна E=mc2. Дейтерий легко извлекается из морской воды, а тритий можно синтезировать из лития, находящегося в земной коре.

В последнем эксперименте исследователи накачали 2,05 мегаджоуля лазерной энергии и получили 3,15 мегаджоуля — увеличение почти на 50% — признак того, что реакции синтеза в зернах приводят к большему количеству реакций синтеза.

Приветствуя эту новость, ирландское научное сообщество преуменьшает ее прямое влияние на производство энергии.

Профессор Ронан Макналти, физик из Дублинского университетского колледжа, сказал, что, хотя это был важный и обнадеживающий шаг в исследованиях термоядерного синтеза, ожидания все же должны быть разумными.

«Слияние как жизнеспособный источник энергии не будет доступно ни завтра, ни даже через пять лет. Однако в долгосрочной перспективе я считаю, что это окончательное решение для получения чистой и неограниченной энергии».

Доктор Кормак Оривертей, преподаватель физики в Юго-восточном технологическом университете, сказал, что, хотя это «реальный, хотя и небольшой прогресс», еще предстоит пройти определенный путь.

«Есть старая вещь, вы знаете, если бы мы вложили столько же денег в термоядерный синтез, сколько мы вкладываем в оружие и прочее, мы бы взломали его много лет назад. Но, похоже, это продвигается очень медленными темпами».

В Школе теоретической физики Дублинского института перспективных исследований профессор Динго О’Коннор сказал, что это «фантастическая» новость, но достижение было относительно небольшим по сравнению с другими научными открытиями, такими как открытие гравитационных волн или частицы Хиггса.

«Это доказательство концепции», — сказал он. «Это научное достижение. Настоящая проблема его использования — инженерная задача».

Хотя шарик, использованный в этом эксперименте, излучал больше энергии, чем вставленный лазер, расчет не включает 300 или около того МДж, необходимых для питания лазера. Лазер NIF срабатывает примерно раз в день, но силовая установка должна нагревать цели 10 раз в секунду. Тогда есть цели затрат. Те, что использовались в американском эксперименте, стоили десятки тысяч долларов, но для жизнеспособной силовой установки она должна была стоить копейки. Другая проблема заключается в том, как энергия высвобождается в виде тепла.

При наличии достаточных инвестиций «несколько десятилетий исследований могут дать нам возможность построить электростанцию», — сказал доктор Ким Поделл, директор Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. Он добавил, что силовая установка на основе альтернативной технологии, используемой на заводе Joint European Toros (JET) в Оксфордшире, может быть готова в ближайшее время.

«В некотором роде меняется все, а в другом ничего не меняется», — сказал Джастин Уорк, профессор физики Оксфордского университета и директор Оксфордского центра наук о высокой плотности энергии.

Этот результат доказывает то, во что всегда верило большинство физиков: синтез в лаборатории возможен. Однако препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы создать что-то вроде коммерческого реактора, огромны, и их нельзя недооценивать».

Уорк сказал, что спрашивать, сколько времени может потребоваться для преодоления трудностей, все равно что спрашивать братьев Райт, сколько времени потребуется, чтобы построить самолет, чтобы пересечь Атлантику сразу после их первого полета. «Я понимаю, что все хотят думать об этом как об идеальном решении энергетического кризиса. Это не так, и тот, кто говорит это с какой-либо уверенностью, заблуждается.

Он добавил: «Маловероятно, что слияние повлияет на временной масштаб, достаточно короткий, чтобы повлиять на нынешний кризис изменения климата, поэтому мы не должны ослаблять наши усилия в этом отношении».

Последние результаты также показывают, что фундаментальная наука работает — законы физики не мешают нам достичь цели — проблемы технические и экономические. Как однажды сказал Нильс Бор, лауреат Нобелевской премии по физике-атомщику, «предсказывать очень сложно, особенно когда речь идет о будущем». — Дополнительный отчет The Guardian