Един ден ще имаме Слънце на земята

Учените в САЩ преодоляха основна бариера пред създаването на реактори за ядрен синтез. В резултат от експерименти, публикувани в сп. Nature, учените са показали, че може да се получи повече енергия от горивото, употребено за експеримента.

Използването на синтез като източник на енергия обаче засега остава далеч в бъдещето - въпреки че последните достижения са важна стъпка към тази цел

Ядреният синтез е процесът, на който е базирано функционирането на Слънцето и милиони други звезди във вселената. Ако човечеството го овладее, той би осигурил неограничен източник на чиста енергия, тъй като изходните суровини се намират в изобилие, а производството на енергия не създава въглеродни емисии.

По време на процеса на синтез, по-малки атоми се съединяват в по-големи, отделяйки огромни количества енергия. За да постигнат това на Земята, учените се налага да създават условия, подобни на тези в центъра на Слънцето - тоест да предизвикват много високо налягане и температура.

Има два начина да се постигне това - при единия се използват лазери, като той се нарича синтез с инерционно удържане (ICF), докато за другия са необходими свръхмощни магнити - и той съответно е наречен синтез с магнитно удържане (MCF).

Омар Хърикейн и колегите му от лабораторията "Лорънс Ливърмор" са избрали за експеримента си ICF, използвайки 192 високоенергийни лазери от Националния комплекс за лазерни термоядрени реакции (National Ignition Facility) в САЩ, проектиран специално за изследвания на ядрения синтез.

Типичната реакция на синтез изисква дълга подготовка

Самата реакция на синтез приключва за миг (за 150 пикосекунди, ако бъдем точни, което е по-малко от една милионна частица от секундата). В този момент в центъра на реакцията налягането е 150 милиарда пъти по-високо от атмосферното налягане. Плътността и температурата на получената плазма е почти три пъти по-голяма от тази в центъра на слънцето.

Критичният момент в реакцията, който е бил повод за сериозни опасения за екипа учени, е формата на горивната капсула. Капсулата се прави от полимери и е с диаметър около 2 mm (приблизително колкото главичката на топлийка). Отвътре е покрита с деутерий и тритий - водородни изотопи, замразени, за да се намират в твърдо агрегатно състояние.

Въпросната капсула се поставя в златен цилиндър, където се задействат 192 лазера, предизвикващи реакцията на синтез. Златният контейнер изпуска рентгенови лъчи, нагряващи сърцевината и предизвикващи незабавна имплозия. Според съавтора на изследването Деби Калахан, "при задействането на лазерите капсулата се свива 35 пъти."

"Това е все едно да свиете баскетболна топка до размерите на грахово зърно"

Проблемите били преодолени при последните експерименти през септември, когато Хърикейн е успял за първи път да получи повече енергия от реакцията на синтез, отколкото гориво е било вложено в нея.

По негови думи обаче той още не е достигнал поставената цел - "възпламеняване", където синтезът да генерира толкова енергия, колкото подават лазерите; едва на този етап би било възможно да бъде създадена електроцентрала, базирана на тази технология.

В плазмената физика енергията, получена от реакцията на синтез, се увеличава експоненциално в зависимост от приложеното върху системата налягане. Според Хърикейн, вероятно ще е достатъчно просто да бъде удвоено налягането, за да се постигне възпламеняване.

Учените се опитват да овладеят ядрения синтез от повече от 50 години - с не особено голям успех. Въпреки че американският Национален комплекс за лазерни термоядрени реакции, струващ $3.5 млрд., е създаден за секретни правителствени изследвания, поне половината от времето на работа на лазерите в него е посветено на опити за постигане на синтез.

Зулфикар Наджмудин, плазмен физик в Imperial College, коментира: "Тези резултати са огромна стъпка напред за науката - и облекчение за учените в центъра, които се надяваха да постигнат нещо подобно още преди няколко години."

Все пак засега и двете технологии за синтез разходват твърде много енергия, за да са търговски приложими и стабилни

Доколкото технологията с лазерно удържане показва положителни резултати, логично е да се запитаме как стоят нещата със синтеза с магнитно удържане? Според Стивън Коули, директор на Центъра за термоядрена енергия "Кълам", не съществува прецизен начин за сравняване на двете технологии.

Но дори и да се правеше сравнение, магнитната технология има по-голяма преднина, заради експеримент през 1997 в най-големия европейски експериментален термоядрен реактор Joint European Torus, при който са получени 16 мегавата енергия от вложени 24MW гориво.

Въпросът е, че настоящата генерирана енергия от екипа на Хърикейн, макар да е повече от водородното гориво, все пак е поне 100 пъти по-малко от общата енергия в системата, повечето от която постъпва под формата на лазери. Тоест още сме доста далеч от икономически изгодна и стабилна система за термоядрен синтез - но поне сме доста по-близо до така необходимото за нея възпламеняване.