Стремление к чистой, практически безграничной и экологически чистой энергии сделало еще один шаг вперед благодаря впечатляющим научным достижениям: китайский реактор EAST (Экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак) поддерживает перегретую плазму. Новый мировой рекорд продолжительностью восемнадцать минут был установлен на уровне 1066 секунд (или около 1066 секунд). Это достижение, достигнутое благодаря значительным технологическим усовершенствованиям, ставит Китай в авангарде исследований в области ядерного синтеза, который часто называют Святым Граалем чистой энергии. Но что это за достижение? Почему это так важно?
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез — это процесс, который происходит в ядрах звезд, включая наше Солнце. Он включает в себя синтез двух легких атомов (например, водорода) с образованием более тяжелого атома (например, гелия). В ходе этого слияния часть массы первоначальных атомов преобразуется в огромное количество энергии, которая выделяется в виде света и тепла.
Это явление определяется уравнением Эйнштейна E=mc², которое гласит, что масса объекта (m) может быть преобразована в энергию (E) и наоборот. В случае ядерного синтеза, когда два легких атома сливаются с образованием более тяжелого атома, масса образовавшегося атома немного меньше суммы масс исходных атомов. Эта небольшая потеря массы затем преобразуется в большое количество энергии в виде тепла и света.
причина, по которой эта крошечная потеря массы превращается в огромное количество энергии, заключается в том, что, согласно уравнениям Эйнштейна, преобразование массы в энергию зависит от квадрата скорости света (с²), что представляет собой очень большое число (около 300 000 на единицу энергии) второй километр). Это означает, что небольшая масса, умноженная на большое число, такое как c², производит огромное количество энергии².
Колоссальный вызов
Итак, ядерный синтез — это естественный процесс, который производит огромное количество энергии путем объединения мелких атомов в более тяжелые атомы. Если бы мы могли воспроизвести это явление на Земле контролируемым образом, оно могло бы стать чистым и почти неисчерпаемым источником энергии, поскольку необходимое сырье, такое как водород, имеется в изобилии и не загрязняет окружающую среду.
Однако условия, необходимые для воссоздания ядерного синтеза на Земле, создают серьезные проблемы. На Солнце чрезвычайная гравитация поддерживает давление, достаточно высокое для того, чтобы ядра водорода могли слиться.
Обратите внимание: В космосе были обнаружены следы ударных волн Второй мировой войны.
Здесь, на Земле, мы должны искусственно воссоздать это давление. Это требует достижения температур, которые обычно превышают 100 миллионов градусов Цельсия, чтобы преодолеть электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами.Еще одна серьезная проблема — управление плазмой, состоянием вещества, состоящим из ионов и свободных электронов. При таких температурах вещество существует в виде плазмы, но ею трудно управлять, поскольку она отделяется от стенок реактора и непредсказуемо взаимодействует с окружением. Чтобы плазма не остыла и не соприкоснулась со стенками реактора, ее необходимо заключить в замкнутое пространство. Для этого необходимо сильное магнитное поле. Для достижения этой цели предпочтение отдается двум подходам: термоядерному синтезу с магнитным удержанием в реакторах токамака и лазерному термоядерному синтезу с использованием высокоэнергетической импульсной сжатой плазмы.
Наконец, материалы, используемые для создания реактора, также должны быть способны противостоять экстремальным термическим и радиационным условиям, что добавляет еще один уровень сложности.
Рекорд реактора EAST
Несмотря на эти трудности, исследователи продолжают развивать науку о ядерном синтезе в надежде, что однажды этот чистый и почти неисчерпаемый источник энергии станет реальностью на Земле. Реактор EAST, расположенный в Хэфэе, Китай, призван расширить границы исследований ядерного синтеза. В январе 2025 года он продемонстрировал впечатляющие результаты: стабильная плазма в замкнутом контуре в течение 1066 секунд, или около 18 минут, что значительно превысило рекорд в 403 секунды, установленный несколько лет назад.
Этот успех является результатом нескольких технических усовершенствований реактора. В частности, инженеры удвоили мощность системы нагрева, чтобы достичь чрезвычайно высоких температур, гарантируя при этом стабильность плазмы.
Впереди еще долгий путь
Достижения EAST являются важной вехой, но еще предстоит решить множество проблем, прежде чем ядерный синтез станет жизнеспособным источником энергии. Главное препятствие заключается в том, что, хотя такие реакторы, как EAST и ITER, могут производить стабильную плазму, в настоящее время они потребляют гораздо больше энергии, чем производят.
Проект ИТЭР, строящийся в настоящее время на юге Франции, также играет решающую роль в этом поиске. Экспериментальный реактор, в котором участвуют десятки стран, включая Китай, США и Японию, призван доказать, что устойчивый ядерный синтез возможен. ИТЭР, запуск которого запланирован на 2039 год, не будет производить электроэнергию немедленно, но собираемые им данные будут важны для разработки действующих термоядерных электростанций.
Тем не менее, такие прорывы, как EAST, дают проблеск надежды, поскольку мир ищет решения для удовлетворения растущих потребностей в энергии при одновременном сокращении выбросов углекислого газа. Предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем каждый получит доступ к термоядерной энергии, но каждый шаг вперед, каким бы маленьким он ни был, приближает человечество к более чистому и устойчивому будущему.
Все последние новости науки и техники читайте на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.