Национальная установка зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) в США достигла важной вехи, выработав почти в два раза больше энергии термоядерного синтеза, чем было затрачено. Этот технический успех, хотя и ограниченный рамками строгого эксперимента, вселяет уверенность в исследователей в потенциал ядерного синтеза как устойчивого и чистого источника энергии.
Ядерный синтез, который долгое время считался чисто утопическим источником энергии, делает решительный шаг вперед благодаря недавним успехам, достигнутым Национальной установкой зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) в США. Недавно, 4 сентября 2023 года, эти успехи были вознаграждены рекордным выделением количества энергии, в 1,9 раза превышающего энергию, затраченную на начало реакции термоядерного синтеза.
В результате возрождается надежда на термоядерный синтез как на чистую и богатую альтернативу традиционным источникам энергии. Этот контекст подчеркивает важность продолжающихся усилий по преодолению технических проблем, связанных с освоением ядерного синтеза.
Беспрецедентный технический прогресс
5 декабря 2022 года отмечается первая решающая веха в термоядерном эксперименте, проводимом в Национальной установке зажигания (NIF). В этот день эксперимент Inertial Confinement Fusion (ICF) преодолел критический порог, выработав больше энергии, чем требуется для начала термоядерной реакции. С практической точки зрения это означает, что впервые в ходе контролируемой термоядерной реакции было выделено количество энергии, превышающее энергию, затраченную на ее запуск.
Эксперименты с использованием топливных капсул с дейтерием и тритием, которые бомбардируются лазерами в процессе, известном как инерционный термоядерный синтез (ICF), показали постепенное увеличение количества выделяемой энергии с момента их начала в 2011 году. В ходе испытаний 5 декабря 2022 года было получено в 1,5 раза больше энергии, чем требуется для начала реакции. В сентябре 2023 года в ходе новых испытаний был достигнут новый пик производства, в 1,9 раза превышающий потребляемую энергию, что свидетельствует о значительном потенциале для улучшения ситуации.
Этот успех — результат десятилетий неустанных исследований, технологических инноваций и тщательных экспериментов. Ученые и инженеры LLNL неустанно работали, решая множество технических задач, от повышения точности и мощности лазеров до освоения экстремальных условий, необходимых для слияния атомных ядер.
Последствия и пределы этого прорыва
Прорыв, совершенный Национальным центром воспламенения, открывает захватывающие перспективы для мирового энергоснабжения. Ядерный синтез, в результате слияния легких ядер с образованием более тяжелых ядер, высвобождает значительное количество энергии без образования долговременных радиоактивных отходов, в отличие от ядерного деления, которое лежит в основе современных технологий производства энергии. Эта особенность делает термоядерный синтез идеальным кандидатом для удовлетворения растущих энергетических потребностей планеты устойчивым и экологически чистым способом, обещая значительно снизить нашу зависимость от ископаемого топлива и бороться с глобальным потеплением.
Однако в контексте данного эксперимента производство энергии значительно отстает от того, что требуется для коммерческого реактора. Коэффициент 1,9 рассчитан на основе мощности лазеров, но для выработки 2,1 мегаджоуля энергии, о которой идет речь, лазерам потребовалась мощность, эквивалентная мощности всей энергосистемы США, или около 500 триллионов ватт.
Превращение этого видения в жизнеспособную техническую и коммерческую реальность сопряжено с серьезными трудностями. В частности, ученым и инженерам еще предстоит найти решения для создания и поддержания экстремальных условий, необходимых для термоядерного синтеза — процесса, требующего температур и давлений, сравнимых с теми, что существуют в центре Солнца.
Кроме того, еще один уровень сложности представляет собой разработка инфраструктуры, способной извлекать и преобразовывать энергию, выделяемую при термоядерном синтезе, в пригодное для использования электричество. Несмотря на многообещающий прогресс, достигнутый в последнее время, он знаменует собой начало пути, усеянного техническими ловушками, и требует значительных инвестиций в исследования и разработки, а также тесного международного сотрудничества для преодоления оставшихся препятствий.