Ученые всего мира спешат найти экологически чистые решения для энергетики, которые будут дешевыми, эффективными и достаточно масштабируемыми, чтобы заменить ископаемое топливо, прежде чем наша экономика на основе углерода дойдет до точки невозврата на пути к катастрофическому изменению климата. Солнечные батареи совершенствуются головокружительными темпами, ветровые турбины стремительно распространяются по всему миру, и даже рассматриваются возможности реализации геотермальных энергетических проектов в новых местах, но мало какие проекты могут привлечь столько внимания, как касающиеся поиска «серебряной пули» и «святого Грааля» в энергетической сфере – а именно «зеленое» водородное топливо и термоядерный синтез. И вот теперь появились новости о прорывном решении, которое объединяет обе перспективные технологии.
Американская установка по исследованию термоядерного синтеза DIII-D, находящаяся в ведении компания General Atomics, работает в интересах Министерства энергетики США, и там уже давно используют газообразный водород в токамаке, массивных кольцеобразных коллайдерах-ускорителях частиц, используемых в ядерном синтезе. Но недавнее исследование показывает, что, возможно, есть более эффективный путь: использование водородных ледяных гранул. «В ходе исследований, проведенных в Принстонской лаборатории физики плазмы и Национальной лаборатории Ок-Риджа, ученые-физики сравнивали эти два метода, пытаясь заглянуть в будущее и определить, какой вариант будет использоваться в Международном термоядерном экспериментальном реакторе ITER, который строится во Франции в рамках международного проекта по термоядерному синтезу», — сообщает издание Phys.org.
Постоянный приток водорода необходим для поддержания работы термоядерных реакторов, и вопрос — как сделать это наиболее эффективно и результативно — является проблемой, решение которой имеет будет иметь важные последствия для будущей коммерциализации ядерного синтеза. Эта проблема, как отмечает Phys.org , станет еще более актуальной, поскольку эти реакторы становятся все больше и больше по габаритам по мере того, как мы приближаемся к достижению упомянутого коммерческого ядерного синтеза. «Так как термоядерные реакторы становятся крупнее и горячее, газу будет все труднее проникать в активную зону реактора, где происходят реакции термоядерного синтеза. Таким образом, необходимо разработать новые методы для подпитки активной зоны без ухудшения характеристик плазмы». Для этого можно использовать водородные ледяные гранулы.
Эксперименты, сравнивающие традиционную закачку газообразного водорода комнатной температуры с использованием гранул водородного льда, показывают, что последняя технология, хоть это звучит несколько нелогично, лучше подходит для достижения сверхвысоких температур, необходимых для подпитки горячего ядра токамака с целью обеспечения реакции ядерного синтеза. «Эксперименты подтвердили возможность создания плазмы значительно более высокого давления – что является ключом к реакциям синтеза — при использовании водородного льда по сравнению с обычным впрыском газа, в то время как скорость подпитки примерно одинакова у обоих методов», — говорится в докладе.
Этот прорыв является последним в череде недавних открытий, которые приближают коммерциализацию ядерного синтеза к практическому воплощению. Ядерный синтез является одной из самых мощных форм производства энергии, известных человеку – этот процесс происходит естественным образом на солнце и звездах. Ядерный синтез намного чище, чем метод деления ядра, традиционно используемый в ядерной энергетике, потому что в качестве топлива ему нужен только водорода, а не радиоактивные материалы, которые оставляют радиоактивные отходы, представляющие опасность на протяжении десятков тысяч лет, если не больше. Кроме того, при синтезе выделяется в несколько раз больше энергии, чем при делении ядра. Проблема в том, что, хотя и удалось воспроизвести реакцию ядерного синтеза здесь, на Земле, но пока не получается сделать это эффективно, так как в ходе экспериментов по осуществлению реакции почти во всех случаях затрачивалось больше энергии, чем производилось.
Хотя использование ядерного синтеза в коммерческих целях все еще остается мечтой, нам удалось добиться определенных успехов за последние годы. Прошлым летом команда ITER объявила, что прошло всего шесть с половиной лет с момента создания первой плазмы в токамаке. Затем, всего месяц спустя, в августе 2019 года, Национальная лаборатория Ок-Риджа сообщила об очередном прорыве благодаря применению искусственного интеллекта и суперкомпьютеров для успешного масштабирования процесса ядерного синтеза и управления плазмой. В октябре прошлого года по результатам экспериментов в Национальной лаборатории Лос-Аламоса исследователи объявили об удивительной комбинации — прямо как из книг научных фантастов — плазменных пушек, магнитов и лазеров в разработке гибридного подхода, который будет реализован к концу года. Буквально в прошлом месяце австралийский стартап HB11 начал патентовать разработанный ими метод использования лазеров для термоядерного синтеза.
Теперь, благодаря открытию более подходящего источника водородного топлива, коммерциализация ядерного синтеза становится ближе к реальности, чем прежде, и потенциальные последствия этого невозможно переоценить.
