Важность свершения призвано было подчеркнуть специальное заявление Минэнерго США и созванный с этой целью брифинг — нечасто о научных событиях докладывают с такой помпой. Из последних вспоминается разве что обнаружение гравитационных волн и бозона Хиггса.
«Попросту говоря, это одно из самых впечатляющих научных достижений XXI века», — так презентовала случившееся министр энергетики США Дженнифер Гранхольм. Но обо всём по порядку.
🔸 Что есть термоядерный синтез? Вкратце, это слияние в плазме двух лёгких атомных ядер в одно более тяжёлое с высвобождением огромной энергии. Солнце и другие звёзды светят именно благодаря термоядерной реакции — но повторить её в управляемом виде учёные безуспешно пытались с середины XX века. Для сравнения, в ядерной реакции, наоборот, тяжёлые элементы распадаются на более лёгкие с высвобождением энергии;
🔸 Так что именно произошло? В лаборатории NIF 192 лазера подали энергию на цилиндр с горошину размером с изотопами водорода, разрушив капсулу и создав температуры, которые можно увидеть только в звёздах. Изотопы водорода слились в гелий, выделяя дополнительную энергию и создавая каскад реакций синтеза;
🔸 И что это значит? Как объясняет Nature, впервые в истории достигнуто контролируемое термоядерное «воспламенение» с «энергетической безубыточностью» — то есть по итогам получено больше энергии, чем затрачено. Энергия пока крошечная, получено 3,15 Мдж при затрате 2,05 Мдж, а реакция продолжалась миллиардную долю секунды, но главное — сам факт;
🔸 Почему это так важно? «Воспламенение» открывает дорогу к масштабированию реакции. Сам термоядерный синтез способен генерировать в четыре раза больше энергии на килограмм топлива, чем деление ядер, используемое на современных АЭС, и почти в четыре миллиона раз больше энергии, чем сжигание нефти или угля. Но это теория, пока о таком КПД речь не идёт;
🔸 Это уже готовый источник энергии? Нет. Это только «строительный блок» на пути к термоядерному реактору. Можно сравнить с искрой стартера, которая заводит двигатель внутреннего сгорания — предстоит большая работа по самому «движку». Помимо 2,05 Мдж, затраченных лазером на разогрев изотопов, сама лазерная установка затратила в 150 раз больше энергии, 300+ Мдж, чтобы произвести такой луч. Так что для начала надо покрыть общие энергозатраты лазера;
🔸 Как долго до коммерческих образцов? Сложно сказать. Термоядерные реакторы станут промышленной реальностью, возможно, через десятилетия, а может, и через 100 лет. Предстоит многократно увеличить КПД реакции;
🔸 Почему это чистая энергия? Тут серьёзное отличие от традиционной атомной энергетики, которая полагается на не очень широко доступные радиоактивные материалы. Термоядерное топливо, по оценке МАГАТЭ, широко распространено и легкодоступно: используемые в большинстве концепций дейтерий и тритий могут быть получены, соответственно, извлечением из морской воды и реакции с литием;
🔸 Термоядерная энергетика безопаснее ядерной? Да. Термоядерный синтез труднее запустить, и если что-то идёт не так, то реактор останавливается сам собой, без риска неконтролируемой реакции;
🔸 Развивается ли направление в РФ? Да. В частности, наша страна участвует в международном проекте ITER по строительству термоядерного реактора во Франции. Пуск планируется на 2026+ год. Там обкатывается другой принцип — медленный ядерный синтез, где плазму удерживают магнитными полями. В описанном же эксперименте в США применён быстрый синтез с лазерами.
Резюме: это большое научное достижение, которое можно сравнить с получением искры для запуска ДВС — только вместо бензина/дизеля изотопы водорода. В перспективе термоядерная энергетика может достичь несравненного КПД, но на пути к коммерческому термоядерному реактору предстоит большая работа. На десятилетия вперёд.
