Доступная энергия- это давняя мечта человечества, способная радикально улучшить уровень жизни, поднимая его на новую высоту. Снижение затрат на производство приведет к снижению стоимости товаров, а развитие новых технологий и материалов повысит их качество.
Желаемая утопия может стать реальностью в нашем не таком уж далеком будущем благодаря энергетике, построенной на управляемом термоядерном синтезе. Термоядерный синтез - это процесс, в ходе которого два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжёлое с высвобождением огромного количества энергии. Этот источник питает и нашу звезду- Солнце.
В термине “термоядерный” корень термо отражает условия осуществления этой реакции - очень высокую температуру вещества, при которой возможно преодолеть кулоновское отталкивание лёгких ядер и заставить их столкнуться. В случае с Солнцем удерживать горячее вещество позволяет гравитация. Чтобы человеку воссоздать источник энергии, питающий Солнце, нужно придумать, чем заменить гравитацию. Подумайте только, как звезды способны гореть миллиарды лет, сохраняя свои размеры практически неизменными.
Какую энергию атомного ядра мы используем сейчас?
На данный момент основой атомной энергетики которая составляет 10% от мирового производства энергии, является энергия, выделяемая при распаде тяжелых ядер. При распаде таких ядер высвобождается тепловая энергия, которую научились преобразовывать в электроэнергию на атомных электростанциях.
Развитие атомной энергетики и проектов, направленных на мирное использование атома, играют важную роль для будущего человечества. Важно надеяться, что человечество будет использовать атомную энергию исключительно в мирных целях. Несмотря на то, что на данный момент атомная энергетика является высокоэффективной технологией, в её основе лежит принцип получения тепловой энергии и ее преобразования в электрическую. На заре развития атомной энергетики ядерные реакторы называли ядерными “котлами”. Для будущих поколений атомная энергетика, вероятно, будет восприниматься подобно периоду паровозов для нас - устаревшей и недостаточно эффективной.
В отличие от ядерного деления, звезды используют энергию обратного процесса - слияния, или синтеза.
Термоядерные реакции в звездах требуют экстремальных условий: температуры в десятки миллионов градусов и давления, превышающие атмосферное в миллиарды раз. Такие условия недоступны на Земле. Чтобы их достичь, ученые из разных стран мира уже более полувека пытаются создать различные типы реакторов, в которых управляемый термоядерный синтез стал бы реальностью. Чем термоядерный синтез лучше ядерного деления? Механизмы запуска и поддержания реакций термоядерного синтеза исключают возникновение разрушительных аварий, а в самих реакциях не образуются опасные радиоактивные изотопы. К тому же энерговыделение в процессе синтеза в несколько раз выше, по сравнению с ядерным делением.
Когда появится термоядерная электростанция
В планах на 2035 год - запуск термоядерного реактора проекта ИТЭР (Международный экспериментальный термоядерный реактор). Этот проект, строящийся во Франции при участии коалиции стран, включая Россию, является одним из немногих глобальных проектов, где наша страна продолжает активное участие. Участие России в развитии ядерных, и в частности термоядерных, технологий является неотъемлемым.
На данный момент строительство ИТЭР находится в активной фазе. В качестве источника энергии для термоядерного реактора будут использоваться тяжелый водород - дейтерий и тритий. Ведь чем меньше ядра - тем меньше энергии нужно затратить, чтобы запустить реакцию синтеза. Продуктом такой реакции будет гелий. По сравнению с современными ядерными отходами, гелий является абсолютно безопасным для окружающей среды и человека.
Однако остается ряд технических вызовов, связанных с запуском и поддержанием термоядерных реакций, которые требуют дальнейших научных и технологических разработок.
Так, для преодоления кулоновского отталкивания вещество требуется разогреть до сотен миллионов градусов: для сравнения, внутри Солнца температура "лишь" 15 миллионов градусов. От вещества, нагретого до таких огромных температур, исходят огромные тепловые потоки, и найти материал, способный такое выдержать - непростая задача.
Вещество в таком состоянии нужно удержать, а также предотвратить прямой его контакт с материалами. На Солнце этому способствует гравитация. На Земле одним из возможных механизмов удержания такого горячего вещества ученые предложили создать очень сильные магнитные поля. Для них требуются сверхпроводящие магниты, а им для работы требуются очень низкие температуры - минус 269 градусов по шкале Кельвина – практически абсолютный ноль. Представьте, в рамках одной системы перепады температур в районе миллион градусов - очень трудная задача для ученых и инженеров. Таким образом, термоядерный реактор станет самым в то же время горячим и холодным местом на Земле.
История человечества свидетельствует о множестве случаев, когда введение новых технологий кардинально изменило качество жизни. Сельское хозяйство способствовало появлению первых цивилизаций, электричество революционизировало быт, а открытие пенициллина значительно увеличило продолжительность жизни. Возможно, мы стоим на пороге нового перелома и скоро будем свидетелями перемен к лучшему, останавливающий "бег на колесе", который стал привычным образом жизни.
Проект «Большая аудитория» проходит до конца 2024 года в рамках «Популяризации науки и технологий». Он реализуется при поддержке гранта Минобрнауки и направлен на развитие научно-просветительской деятельности.
#Большаяаудитория #Лекторий #Политехническиймузей #Россия #Наука #Изобретения #Знания #ДесятилетиеНаукиИТехнологий #ЮТИ #Политех #Молодыеученые #форум #образование #термоядерныйреактор #история #наука #ЯдернаяФизика #СемипалатинскийПолигон #Россия #энергетикабудущего
