Ядреният синтез вече освобождава почти два пъти повече енергия от вложената

Националното съоръжение за запалване на САЩ постигна още по-високи резултати в добива на енергия, след като през 2022 г. за първи път достигна рентабилност, но практическият реактор за термоядрен синтез все още е далеч

Ваня Милева Последна промяна на 06 февруари 2024 в 00:00 11133 0

Експериментите по термоядрен синтез в Националната инсталация за запалване на САЩ постигнаха важен етап

Кредит Lawrence Livermore National Laboratory/National Ignition Facility

Високоенергийни лазери обстрелват мишена, съдържаща термоядрено гориво в съоръжението на NIH. Изображение на 192 лазерни лъча, които достигат мишената в центъра на целевата камера на Националната инсталация за запалване.

Реакцията на термоядрен синтез през 2022 г. достигна исторически крайъгълен камък, освобождавайки повече енергия, отколкото е вложена в нея – или т.нар. "запалване". Това вече е потвърдено.  

Нещо повече - според учените последващите опити са дали още по-добри резултати - до два пъти повече енергия е освободена от изразходената.

Констатациите, публикувани в поредица от статии, дават увереност, че един ден термоядрените реактори ще създават чиста и изобилна енергия.

Днешните ядрени електроцентрали разчитат на реакции на делене, при които атомите се разпадат, за да се освободят енергия и по-малки частици. Термоядреният синтез работи в обратна посока, като притиска по-малките частици в по-големи атоми; същият процес захранва нашето слънце.

Термоядреният синтез може да генерира повече енергия без радиоактивните отпадъци, свързани с деленето, но намирането на начин за ограничаване и контролиране на този процес, да не говорим за извличане на енергия от него, убягва на учените и инженерите от десетилетия.

Най-простата и най-нискоенергийна версия на верижната протон-протон реакция, която произвежда хелий-4 от първоначално водородно гориво. Имайте предвид, че само сливането на деутерий и протон произвежда хелий от водород; всички други реакции произвеждат или водород, или хелий от други изотопи на хелия. Тези реакции се случват на Слънцето и могат да бъдат пресъздадени в лабораторията с достатъчни температури и плътност. Кредит: Sarang/Wikimedia Commons

През 2011 г. в Националната лаборатория "Лорънс Ливърмор" (LLNL) в Калифорния започват експерименти за постигане на тази цел, като се използват капсули с деутерий и тритий, бомбардирани с лазери - процес, наречен термоядрен синтез с инерционно ограничаване (ICF - inertial confinement fusion). Първоначално освободената енергия е само малка част от вложената от лазера енергия, но постепенно се увеличава, докато на 5 декември 2022 г. експериментът най-накрая преминава решаващия етап на равновесие. Реакцията изхвърля 1,5 пъти повече енергия от тази на лазера, необходима за стартирането ѝ.

В един от документите на Националния център за запалване (NIF) на лабораторията се твърди, че оттогава насам опитите дават още по-големи съотношения, като на 4 септември 2023 г. достигат 1,9 пъти повече от вложената енергия.

Кран премества целевата камера на National Ignition Facility. Кредит: Lawrence Livermore National Security

Ричард Таун (Richard Town) от LLNL заявява, че проверките и повторните тестове на екипа след резултата от 2022 г. са доказали, че той "не е бил светкавичен", и смята, че има какво още да се подобри.

Дори с хардуера, инсталиран в момента в NIF, Таун заявява, че е вероятно добивът да бъде подобрен, но ако лазерите могат да бъдат модернизирани - което ще отнеме години - нещата могат да бъдат ускорени още повече. "По-големият чук винаги помага", коментира Таун. "Ако успеем да получим по-голям чук, мисля, че ще можем да постигнем целта от около 10 пъти."

Но Таун посочва, че NIF никога не е бил изграждан като прототипен реактор и не е оптимизиран за увеличаване на добива. Основната му задача е да осигурява важни изследвания за американската програма за ядрени оръжия.

Част от тази работа включва излагане на електрониката и полезните товари от ядрените бомби на неутронната бомбардировка, която се получава при реакциите на ICF, за да се провери дали те ще функционират в случай на ядрена война. Опасността от повреда на електрониката бе подчертана по време на тест през 2021 г., когато NIF се запали и изгаси всички светлини на площадката, потапяйки изследователите в тъмнина. "Тези осветления не бяха защитени, но можете да си представите военен компонент, който трябва да издържи на много по-висока доза", обяснява Таун.

Тази мисия означава, че някои изследвания от проекта остават засекретени; дори концепцията за ICF е била класифицирана тайна през 90-те години на миналия век, уточнява Таун.

Съобщението, че ICF е достигнал точката на рентабилност през 2022 г., даде надежда, че термоядрената енергия става все по-близка цел, и тази надежда ще бъде подсилена от новината, че е постигнат допълнителен напредък. Но има и уговорки.

На първо място, произведената енергия е далеч от тази, която би била необходима за търговски реактор, и едва ли е достатъчна за затопляне на вана. По-лошото е, че съотношението е изчислено въз основа на мощността на лазерите, но за да се създаде 2,1 мегаджаула енергия, лазерите използват 500 трилиона вата, което е повече от мощността на цялата национална мрежа на САЩ. Така че тези експерименти са рентабилни в много тесен смисъл на думата.

Мартин Фрер (Martin Freer) от Университета в Бирмингам, Великобритания, посочва, че тези резултати със сигурност не са индикация, че вече могат да бъдат построени практически реактори за термоядрен синтез. "Все още има какво да се направи", отбелязва Фрер. "Това не означава, че знаем отговорите на всички тези въпроси и вече нямаме нужда от изследвания."

Фрер подчертава, че с напредването на научните експерименти те поставят инженерни предизвикателства за създаване на по-добри материали и процеси, което ще позволи по-добри експерименти и по-голям напредък.

"Има шанс да осъществим термоядрен синтез", заявява Фрер. "Но предизвикателствата, които имаме, са доста сериозни от научна гледна точка."

Анека Хан (Aneeqa Khan) от Университета в Манчестър, Великобритания, е на същото мнение, че напредъкът в изследванията на термоядрения синтез в последно време е положителен, но подчертава, че ще минат десетилетия, преди да бъдат пуснати в експлоатация комерсиални електроцентрали - и дори това ще зависи от глобалното сътрудничество и от съгласуваните усилия за обучение на повече хора в тази област. Тя предупреждава да не се тълкува напредъкът в изследванията на термоядрения синтез като възможно решение за справяне с нашата зависимост от енергията от изкопаеми горива.

"За справяне с климатичната криза вече е твърде късно. Вече сме изправени пред опустошителните последици от изменението на климата в световен мащаб", изтъква Хан. "В краткосрочен план трябва да използваме съществуващите нисковъглеродни технологии като ядрен синтез и възобновяеми енергийни източници, като същевременно инвестираме в термоядрен синтез в дългосрочен план, за да бъдем част от разнообразен нисковъглероден енергиен микс. Трябва да използваме всичко, с което разполагаме, за да се справим с климатичната криза."

Източник: Nuclear fusion reaction releases almost twice the energy put in, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !