Прорыв ядерного синтеза в контексте

В прошлом месяце Национальный центр зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в Калифорнии объявило значительный прорыв в исследованиях ядерного синтеза. С тех пор многие люди спрашивали меня, что на самом деле означает этот прорыв.

Во-первых, давайте обсудим некоторые основы ядерного синтеза. Сегодняшние атомные электростанции основаны на ядерном делении, которое представляет собой расщепление тяжелого изотопа, такого как уран-235, на два меньших изотопа. (Изотопы — это просто разные формы элемента).

Проще говоря, ядерное деление похоже на попадание крошечной пули в центр изотопа, из-за чего он становится нестабильным и расщепляется. Когда он расщепляется, он высвобождает огромное количество энергии (масса и энергия связаны знаменитым уравнением Эйнштейна E = Mc²). Затем эту энергию можно превратить в электричество.

Однако одно из основных возражений против ядерного деления состоит в том, что побочные продукты деления очень радиоактивны, и многие из них долгоживущие. Другими словами, они представляют опасность для жизни, если с ними не обращаться должным образом. Именно из-за этих радиоактивных побочных продуктов некоторые выступают против ядерной энергетики.

Ядерный синтез, который является источником энергии для таких звезд, как наше Солнце, отличается. При синтезе вы сталкиваете более мелкие изотопы вместе, чтобы сформировать более крупные изотопы. Обычно это включает объединение изотопов водорода — самого маленького элемента — с образованием гелия. Эта реакция высвобождает даже больше энергии, чем реакция деления, но, что более важно, она не производит долгоживущих радиоактивных побочных продуктов. Вот почему ядерный синтез часто называют «Святым Граалем» производства энергии.

Так в чем проблема? Эти маленькие изотопы водорода очень устойчивы к плавлению. Требуется огромное давление и высокие температуры (как на солнце), чтобы заставить их сплавиться. Это очень отличается от ядерного деления, которое происходит относительно легко. Таким образом, хотя термоядерный синтез может быть достигнут в ядерном оружии, исследователи потратили десятилетия, пытаясь создать управляемую термоядерную реакцию, которую можно было бы использовать для производства энергии.

За прошедшие годы было объявлено о многих «прорывах». Тот, о котором было объявлено в прошлом месяце, заключался в том, что впервые ученые получили больше энергии от процесса синтеза, чем они должны были вложить. Предыдущие попытки, которые достигли синтеза, требовали больше энергии, чем производилась реакция синтеза.

Таким образом, это знаменует собой значительный прорыв. Но насколько мы близки к разработке коммерческих термоядерных реакторов?

Вот аналогия, которую я использовал, чтобы поместить это в контекст. На пути к коммерческим авиаперевозкам было много вех. Братья Райт совершили первый в истории успешный полет с двигателем в декабре 1903 года. До первого трансатлантического полета оставалось еще 16 лет. Но первый широко успешный коммерческий авиалайнер Боинг 707 не был представлен до 1958 года.

Давняя шутка всегда заключалась в том, что до коммерческого ядерного синтеза осталось 30 лет. На самом деле это просто означает, что мы до сих пор не можем увидеть полный путь к этому. Недавний прорыв, безусловно, является вехой на пути к коммерческому ядерному синтезу. Но, возможно, нам еще 30 лет, чтобы увидеть коммерческую реализацию ядерного синтеза.