Воссоздать Солнце на Земле: как человечество ищет неиссякаемый источник энергии, и реально ли это

Человечество планирует создать и удержать в своих руках мощность Солнца. /Фото: gismeteo.ru

Как известно, процесс ядерного синтеза, по сути, представляет собой объединение изотопов, у которых небольшое зарядовое число, в результате чего происходит выделение энергии. Данный процесс позволяет светить нашему Солнцу и любой другой звезды. Поэтому, фактически учёные пытаются воссоздать горение Солнца в пределах Земли, в отдельно взятом термоядерном реакторе. И эта задача является одной из самых значительных проблем, поставленных перед учёными, но она ещё и очень актуальная.

Учёные разгадали, за счёт чего светит Солнце и звёзды, а теперь хотят это повторить. /Фото: kanal-o.ru

Существует несколько причин и предпосылок, которые требуют от научной среды поиска нового мощного источника энергии. Прежде всего, это тот факт, что рано или поздно иссякнут ресурсы, которые мы черпаем из Земли - нефть и природный газ, а именно на них, по информации редакции novate.ru, основывается около 80% мировой энергетики. Кроме того, на необходимость осваивать термоядерный синтез неожиданно влияет и глобальное потепление: новый вид получения энергии позволит ему работать в системе с возобновляемыми источниками.

Сегодняшняя система энергетики уже не так долговечна - поэтому поиски альтернативы усилились. /Фото: itek.ru

Однако на пути освоения термоядерного синтеза стоит несколько проблем в плане создания необходимых для него условий. Например, для естественного протекания реакции необходимо в реакторе достичь колоссальные показатели по высоте давления и плотности газов. Пока что учёные не могут достичь этих результатов, поэтому им приходится выходить из положения - они наращивают температуру, чтобы она перевалила за отметку в 100 миллионов градусов Цельсия. В этом случае они уже имеют дело с плазмой, которую необходимо контролировать, используя магнитное поле.

Процесс термоядерного синтеза с использование дейтерия и трития. /Фото: naked-science.ru

Чтобы понять, какие условия требуются для работы искусственного термоядерного реактора, исследователи работали в экспериментальной площадке под названием JET, расположенной в британском графстве Оксфордшир. Однако это только первый этап - далее выбрали наиболее подходящие химические элементы, которыми стали дейтерий и тритий. Но чтобы реализовать сам процесс осуществления термоядерного синтеза, осталось создать место, где это будет происходить, причём такое, чтобы оно могло генерировать больший объём энергии, чем он нуждается для собственного функционирования.

Экспериментальная площадка Joint European Torus, или JET. /Фото: perspectum.info

На сегодняшний день существует несколько экспериментальных реакторов в разных местах планеты. Самым известным ныне является ITER, или International Thermonuclear Experimental Reactor - установка, созданная по типу токамак, то есть, по форме напоминает полый изнутри пончик. В сравнении с ранее упомянутым JET, ITER по площади примерно в два раза больше, поэтому его строительство никак не закончится - несмотря на то, что в проекте участвует больше 30 стран, планируемый срок окончания строительства назначили на 2025 год, а о вводе в работу пока не говорят. Однако его потенциал очень перспективный: считается, что этот реактор будет генерировать в 10 раз больше энергии, чем ему самому нужно для работы.

Общая схема проекта International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). /Фото: wikipedia.org

Другим перспективным реактором, где планируется осуществлять ядерный синтез для, называют Spherical Tokamak for Energy Production, или STEP. Интересно, что именно этот экспериментальный проект станет первым на планете прототипом для производства термоядерной энергии. На данный момент было выбрано место строительства, которым в 2022 году стала в прошлом угольная, а ныне закрытая электростанция ​​West Burton в графстве Ноттингемшир, Англия. Приблизительный план окончания строительства - 2030-е годы. В проектной документации целью работы реактора должно стать достижение выходной мощности в 100 МВт с помощью трития.

Компьютерная визуализация проекта Spherical Tokamak for Energy Production, (STEP). /Фото: science.org

Появление сразу нескольких экспериментальных реакторов и проектов по термоядерному синтезу, которые имели место в последние десятилетия, стали возможными не только за счёт научно-технологического прогресса. Позитивное влияние оказали также глобализационные процессы: если ранее вопрос освоения термоядерного реакции оставался в ведении властей, то сегодня есть и частные компании, заинтересованные в развитии этого направления энергетики. Кроме того, значительно усиливается сотрудничество между всё большим числом государств, а также привлечение иностранных специалистов в общие команды для работы во благо планеты - самых ярким примером можно назвать Кремниевую, или Силиконовую долину.

Человечество всё быстрее движется к освоению термоядерного синтеза. /Фото: hightech.fm

Сегодня создаётся ещё целый ряд научных кластеров, где лучшие умы человечества будут бороться за освоение неиссякаемого источника энергии. Перед ними же будет стоять множество задач, которые необходимо решить для реализации концепции термоядерного синтеза. Например, исследуется привлечение искусственного интеллекта или использование роботизированных систем в тех условиях, где человек без вреда для здоровья находиться не может - всё-таки, вопрос высокой радиации с повестки дня не снимается никогда. Но, наконец, скорость прогресса в этом вопросе сегодня, пожалуй, максимальная, а это значит, что получение бесконечной энергии примерно в среднесрочной перспективе всё же станет реальностью.

В дополнение к теме: 25 любопытных фактов об электрической энергии, которые полезно знать всем