Благодаря впечатляющему научному достижению в поиске чистой, практически неограниченной и экологически чистой энергии сделан еще один шаг вперед. Китайский реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) установил новый мировой рекорд, поддерживая сверхгорячую плазму в течение 1066 секунд, или почти восемнадцать минут. Достигнутый благодаря значительным техническим усовершенствованиям, это достижение вывело Китай на передний край исследований в области ядерного синтеза, который часто называют Святым Граалем чистой энергии.
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез — это процесс в ядрах звезд, включая наше Солнце. В ходе его происходит слияние двух легких атомов, например водорода, с образованием более тяжелого атома, например гелия. При этом часть массы исходных атомов превращается в огромную энергию, которая излучается в виде света и тепла.
Явление регулируется уравнением Эйнштейна E=mc², которое утверждает, что масса объекта может перейти в энергию и наоборот. При ядерном синтезе два легких атома сливаются в более тяжелый, при этом масса последнего немного меньше суммарной массы начальных атомов. Эта потеря массы преобразуется в большое количество энергии в виде тепла и света.
Масса превращается в энергию с такой силой, потому что преобразование зависит от квадрата скорости света. Скорость света — очень большое число (около 300 000 километров в секунду). Поэтому даже небольшая масса дает огромное количество энергии при умножении на квадрат скорости света.
Колоссальный вызов
Ядерный синтез — естественный процесс, производящий огромную энергию при объединении маленьких атомов в более тяжелые. Возможна возможность воспроизвести это явление на Земле под контролем. В этом случае оно станет чистым и практически неограниченным источником энергии, поскольку исходные материалы (например, водород) доступны в больших количествах и не загрязняют окружающую среду.
Создание условий ядерного синтеза на Земле сложная задача. Солнце обладает сильной гравитацией, которая создает необходимое давление для слияния водородных ядер. Для земных экспериментов требуется искусственное воспроизведение давления, достижение температур, превышающих 100 миллионов градусов Цельсия, что позволяет преодолеть электростатическое отталкивание между ядрами атомов.
Управление плазмой — еще одна трудность. Плазма — состояние материи из ионов и свободных электронов, которое при высоких температурах принимает форму плазмы, но её трудно контролировать: она может отделяться от стенок реактора и взаимодействовать с окружающей средой непредсказуемо. Чтобы предотвратить охлаждение плазмы и ее контакт со стенками реактора, её нужно заключить в ограниченное пространство. Для этого требуется использование мощных магнитных полей.
Двумя основными подходами к решению этой задачи являются термоядерный синтез с магнитным удержанием (как в реакторах токамак) и лазерный термоядерный синтез, где для сжатия плазмы применяются высокоэнергетические импульсы.
Материалы для реакторов должны противостоять экстремальным температурам и радиации, что усложняет конструкцию.
Рекорд реактора EAST
Несмотря на трудности, исследователи развивают науку о термоядерном синтезе, ожидая, что чистый и практически неисчерпаемый источник энергии станет реальностью на Земле. Реактор EAST в Хэфэй предназначен для расширения исследований в области ядерного синтеза. В январе 2025 года он показал результат: стабильное поддержание плазмы в замкнутом контуре в течение 1066 секунд, или около восемнадцати минут, превзойдя предыдущий рекорд в 403 секунды.
Успех связан с рядом совершенствований реактора. Инженеры удвоила мощность нагрева для достижения высоких температур и обеспечения стабильности плазмы.
Впереди еще долгий путь
Достигнутый EAST рекорд — важная веха, но для того чтобы ядерный синтез стал жизнеспособным источником энергии, потребуется преодолеть много трудностей. Основная проблема заключается в том, что реакторы типа EAST и ITER, хотя и могут создавать стабильную плазму, на данный момент потребляют больше энергии, чем вырабатывают.
Проект ИТЭР, строительство которого идет во Франции, также важен в поисках устойчивого синтеза. Экспериментальный реактор объединяет десятки стран, включая Китай, США и Японию. Цель проекта – показать возможность устойчивого ядерного синтеза. Запуск запланирован на 2039 год, реактор не будет сразу производить электроэнергию, но собранные им данные важны для разработки действующих термоядерных электростанций.
Несмотря на это, пока мир разыскивает решения для удовлетворения растущего спроса на энергию при сокращении выбросов углекислого газа, прорывы, подобные EAST, представляют проблеск надежды. Дорога к доступности термоядерной энергии для всех еще длинна, но каждый шаг вперед, пусть и скромный, приближает человечество к более чистому и устойчивому будущему.