Термоядерная энергетика все еще далека от использования в промышленных масштабах, однако похоже, что время, когда это случится, уже не за горами. За последние несколько лет удалось установить несколько важных рекордов. Один из них совсем недавно был поставлен корейским реактором Кorea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR).

В настоящее время он является одним из самых передовых реакторов в мире, несмотря на компактные размеры. В ходе последних испытаний, он обеспечивал устойчивую температуру термоядерного синтеза в течение почти минуты, а также показал способность удерживать чрезвычайно горячую плазму в течение более 100 секунд.

Корейский термоядерный реактор KSTAR установил новый рекорд.

Совсем недавно мы рассказывали о том что в последнее время ученым удалось добиться немало успехов в области термоядерного синтеза. Например, в конце 2022 года впервые удалось получить чистую энергию, что долгое время считалось невозможным. Теперь же сотрудники Joint European Torus (JET) заявили о завершении заключительных испытаний термоядерного реактора.

Во время этих испытаний был установлен мировой рекорд по количеству полученной общей энергии (но не чистой). По мнению исследователей, подобные испытания приближают человечество к использованию термоядерного синтеза в качестве источника энергии.

Ученые в результате термоядерного синтеза получили максимальное количество энергии за всю историю

Еще совсем недавно ученые считали, что термоядерный синтез невозможно использовать в энергетике в земных условиях. В какой-то момент исследования в этом направлении были сведены к минимуму. Однако 2022 году команде специалистов впервые удалось получить в результате ядерного синтеза больше энергии, чем было затрачено на сам синтез. Правда, такого результата удалось добиться в лабораторных условиях.

Технология была далека от применения ее в промышленных масштабах. Но самое главное, что ее эффективность сравнительно невысокая. Однако недавнее исследование показало, что на самом деле она может быть более совершенной, чем считалось ранее, а значит она может быть использована в будущем в электростанциях.

Термоядерный синтез в скором может быть использован для производства энергии

Учёные из Ливерморской национальной лаборатории США совершили прорыв, впервые получив в результате термоядерного синтеза больше энергии, чем было потрачено на запуск реакции, сообщает The Financial Times. Это открывает невероятные перспективы, в теории позволяя обеспечить человечество почти неисчерпаемым источником энергии.

Источник изображения: Lawrence Livermore National Laboratory

Нынешний энергетический кризис показал, что человечество не готово отказываться от ядерной энергетики, так как она гораздо более эффективна возобновляемых источников энергии. Однако она имеет ряд недостатков, которые всем прекрасно известны. Поэтому ученые с середины прошлого века работают над освоением альтернативного источника энергии — термоядерного синтеза.

Он во всех отношениях превосходит технология получения энергии путем расщепления атомного ядра, так как более эффективен, при этом менее опасен и в целом экологичен. Выработка электроэнергии данным способом осуществляется без выбросов углекислого газа в атмосферу. Но в чем суть этой технологии, насколько она перспективна и как близко ученым удалось подойти к ее реализации?

Можете ли вы представить себе мир, в котором не нужны никакие дополнительные источники энергии? Мир, в котором не надо будет задумываться о том, как экономить энергию. Она будет если и не бесплатной, то очень дешевой. А теперь представьте Солнце, которое каждую секунду вырабатывает столько энергии, сколько человечество не израсходовало за всю свою историю и не израсходует еще долго. Как же мы можем реализовать получение энергии Солнца на нашей планете? Оказывается, уже более 60 лет существуют технологии, которые способны обеспечить нас почти неисчерпаемыми источниками энергии за минимальные деньги и с использованием почти бесплатного топлива. Резонный вопрос: почему мы не пользуемся такой возможностью?

Внутри этой камеры температура поднимается до нескольких миллионов градусов Цельсия.

Российские физики из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе в Санкт-Петербурге описали ионные процессы переноса тепла в сферическом токамаке. Результаты исследования, которое еще на один шаг приближает ученых к решению задачи термоядерного синтеза, опубликованы в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.

Проект

Прошедший год для Международного Экспериментального Термоядерного Реактора ИТЭР (о проекте) стал, для внешнего наблюдателя, наверное, одним из самых спокойных за все годы строительства (с 2009 года). Для меня же лично этот год был отмечен посещением площадки ИТЭР в сентябре 2018 года, поэтому этот ежегодный отчет будет разбавлен личными впечатлениями и фотографиями.



Три года назад у проекта официально сменился директор — им стал энергичный француз Бернар Биго. Осознавая сложное положение, в котором ИТЭР находился в момент начала его правления (нарастающее колоссальное отставание графика и перерасходы ставили вопрос о закрытии), Биго предпринял несколько важных управленческих решений, в том числе — создание “всеобъемлющего плана сооружения”. Как известно, графики такого масштаба точно соблюдаются только в момент создания/обновления, и за 2 прошедших года можно констатировать, что 100% следования даже новому графику нет. Однако, ситуация явно лучше, чем было в период 2009-2015 годов, и отставание на сегодня составляет 6-9 месяцев, тем более, что появляются варианты “уплотнения” планов сборки реактора. Величина в пределах года не слишком критична для такого проекта, вопрос в основном — что будет с динамикой отставания дальше?

Внутренности термоядерного реактора

Прогнозировать будущее тяжело. Узнать, какие технологические чудеса ожидают нас в ближайшие несколько лет, практически невозможно; что говорить тогда о следующих восьмидесяти? И тем не менее ресурс Gizmodo решил собрать список из десяти крутых, продвинутых и удивительных технологий, которые должны быть примерно к 2100 году. Некоторые из этих технологий уже «почти здесь», но то же самое можно сказать и об обещанном нам много лет назад термоядерном синтезе. И какими бы невероятными описанные ниже вещи вам ни показались, большинство их — если не все — просто должны появиться на рубеже 22 века. Причина этого лежит в инновации, которой в этом списке нет: искусственный сверхинтеллект. Как метко выразился компьютерный ученый И. Дж. Гуд в 1960-х, «первая сверхразумная машина станет последним изобретением, которое нужно сделать человеку».

Источник: РИА Новости

Федеральный канцлер Германии Ангела Меркель официально запустила первый в ФРГ стелларатор Wendelstein 7-X, прототип "альтернативной" версии термоядерного реактора, на примере которого ученые оценят возможность использования подобных устройств для выработки энергии, сообщает Институт плазмы Общества Макса Планка.

Источник: Элементы
Оригинал: "Химия и жизнь" #4, 2015

История пузырькового термоядерного синтеза, он же bubblefusion или sonofusion, полна загадок, нестыковок и трагедий. В околонаучной американской прессе ее даже окрестили «баблгейт».

До развязки дела, начавшегося в конце XX века, еще далеко, а промежуточным итогом можно считать публикацию в «Успехах физических наук» (2014, 184, 9) статьи активного участника событий — академика Р. И. Нигматулина, математика и специалиста по акустике, директора Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, и его американских коллег.

Некоторые технологии вроде солнечной энергетики, знакомые нам уже не первый год, пережили мощнейшие прорывы в этом году; другие, о которых вы слышали — квантовая телепортация, например — стали лучше. Давайте пройдемся по списку значимых технологий уходящего 2014 года.

^{Рис. 1. Центральная зона «Национальной поджигательной установки» NIF. На крошечную мишень, установленную в центре этой сферической камеры, нацелены 192 лазерных луча высокой мощности. Ожидается, что их коллективный световой удар позволит зажечь в микрокапсуле с дейтериево-тритиевым топливом управляемую термоядерную реакцию.}

Источник: Элементы

Американский проект NIF по изучению инерциального управляемого термоядерного синтеза преодолел важный рубеж. В двух сеансах работы, проведенных в конце 2013 года, энергетический выход термоядерной реакции в микрокапсуле с дейтериево-тритиевым топливом оказался больше, чем подведенная к топливу энергия. В тех же экспериментах был впервые зарегистрирован сильный самостоятельный разогрев топлива за счет альфа-частиц. Главная цель NIF — зажигание полноценной самоподдерживающейся термоядерной реакции — пока не достигнута, но полученные результаты вновь позволяют NIF с оптимизмом смотреть в будущее.

Источник: Элементы
Оригинал: "Популярная Механика" #5, 2012

Вторая половина XX века была периодом бурного развития ядерной физики. Стало ясно, что ядерные реакции можно использовать для получения огромной энергии из мизерного количества топлива. От взрыва первой ядерной бомбы до первой АЭС прошло всего девять лет, и когда в 1952 году была испытана водородная бомба, появились прогнозы, что уже в 1960-х вступят в строй термоядерные электростанции. Увы, эти надежды не оправдались.

Основной источник энергии для человечества в настоящее время — сжигание угля, нефти и газа. Но их запасы ограничены, а продукты сгорания загрязняют окружающую среду. Угольная электростанция дает больше радиоактивных выбросов, чем АЭС такой же мощности! Так почему же мы до сих пор не перешли на ядерные источники энергии? Причин тому много, но главной из них в последнее время стала радиофобия. Несмотря на то что угольная электростанция даже при штатной работе вредит здоровью куда большего числа людей, чем аварийные выбросы на АЭС, она делает это тихо и незаметно для публики. Аварии же на АЭС сразу становятся главными новостями в СМИ, вызывая общую панику (часто совершенно необоснованную). Впрочем, это вовсе не означает, что у ядерной энергетики нет объективных проблем. Немало хлопот доставляют радиоактивные отходы: технологии работы с ними все еще крайне дороги, и до идеальной ситуации, когда все они будут полностью перерабатываться и использоваться, еще далеко.

^{Z-машина (Z Machine) за работой. Молнии – побочный эффект, возникающий в момент прохождения колоссального электромагнитного импульса (фото Sandia National Laboratories).}

По материалам сайтов Мембрана, КомпьюЛента и Sandia National Laboratories

Управляемый термоядерный синтез возможен уже сейчас, вот только затрачиваемая на него энергия пока превышает получаемую. Исследователи из Национальной лаборатории Сандия (Калифорния, США) утверждают, что нашли выход из этой ситуации: ими разработана компьютерная модель экономически целесообразного термоядерного синтеза.

Чтобы производить больше энергии, чем потребляется на самоподдержание, термоядерный синтез должен соответствовать критерию Лоусона. Однако на имеющихся реакторах добиться этого не удаётся даже для пары дейтерий — тритий.

Однако, физики из национальной лаборатории Сандия выяснили, что определённая разновидность системы для управляемого синтеза может обеспечить тысячекратное превышение энергетического выхода над затратами электричества, необходимого для розжига ядерной реакции.

В ходе Большого Взрыва появились лишь самые легкие из элементов, водород и гелий. Более тяжелые стали продуктом жизнедеятельности звезд: в их недрах, под колоссальным давлением и при огромной температуре протекает термоядерный синтез, ведущий к появлению углерода, кислорода и так далее – расчеты показывают, что энергии обычных звезд достаточно для получения элементов, содержащих вплоть до 26-ти протонов в ядре. Иначе говоря, максимум – железо.