Термоядерная энергетика

Американские ученые объявили о важнейшем успехе на пути к созданию термоядерных электростанций. Они утверждают, что им впервые удалось получить от термоядерного реактора больше энергии, чем было потрачено на поддержание его работы.

Таким образом, говорят исследователи, им удалось преодолеть важнейшее препятствие в работе над технологией, которая теоретически может дать человечеству почти неиссякаемый источник экологически чистой энергии.

Эксперимент произвели ученые Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса в Калифорнии. Его стоимость составила 3,5 млрд долларов. подробнее ⮞⮞⮞

Калифорнийский стартап TAE Technologies разогрел плазму в прототипе своего термоядерного реактора до 75 млн градусов Цельсия. Этот результат на 250% превышает целевой показатель, который был установлен компанией для поддержания стабильного термоядерного синтеза с положительным энергобалансом. На фоне успеха испытаний разработчик получил крупные инвестиции от ряда глобальных компаний, включая Google, Chevron и Sumitomo. TAE планирует вывести коммерческий термоядерный реактор на рынок уже в начале 2030-х годов.

Основа технологии TAE — это запатентованная система управления плазмой с обращенным полем (FRC). Система была разработана на стыке физики плазмы и физики ускорителей и предполагает питание термоядерных реакторов с помощью борводорода (другие названия этого вида топлива — протон-бор или p-B11). Последнее было выбрано из-за своего обилия — по подсчетам стартапа, на Земле достаточно ресурсов для поддержания работы таких реакторов минимум на 100 тыс. лет. Этот выбор должен обеспечить TAE преимуществом перед конкурентами, которые, как правило, полагаются на более редкие дейтерий и тритий. подробнее ⮞⮞⮞

Американский стартап Zap Energy объявил о важной вехе в создании экономически эффективного термоядерного реактора. Прототип машины FuZE-Q успешно создал свою первую плазму с электрическим током 500 килоампер (кА) и подтвердил возможность ее удержания. Таким образом Zap Energy достиг одного из ключевых этапов на пути к получению термоядерного синтеза, который будет производить больше энергии, чем тратить. Стартап рассчитывает получить положительный баланс энергии на следующем прототипе своей установки, который сможет выдержать ток 650 кА.

Как сообщает New Altas, технология Zap Energy основана на так называемом Z-пинче— давно известном методе получения и сжатия плазмы. Принцип работы Z-пинча прост: вместо сложной паутины дорогих магнитных катушек и дорогостоящих экранирующих материалов для их защиты системы Z-пинча полагаются на электромагнитное поле, которое генерируется внутри самой плазмы. Это поле фиксирует плазму на месте внутри относительно короткого столба, называемого еще жгутом, и «зажимает» ее, пока она не станет горячей и достаточно плотной для ядерного синтеза. То есть все просто, дешево и эффективно. Но, есть проблема. подробнее ⮞⮞⮞

Физики из Ливерморской национальной лаборатории (США) достигли важной вехи в развитии технологии термоядерного синтеза — впервые термоядерная реакция дала рекордный выход энергии в 1,35 мегаджоуля и впервые выделенной энергии оказалось больше, чем было потрачено на запуск синтеза. Об этом исследователи рассказали на прошедшей в Питтсбурге конференции, посвященной физике плазмы.

«Этот результат — исторический шаг в исследовании инерциального управляемого синтеза, открывающий фундаментально новый режим в изучении и разработке важнейших программ национальной безопасности. Также это свидетельство инновационности, изобретательности, преданности и выдержки команды и многих ученых в этой области, которые на протяжении десятков лет упрямо преследовали эту цель», — сказал Ким Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. подробнее ⮞⮞⮞

В конце 2020 года команда корейского сверхпроводящего токамака KSTAR разогрела плазму термоядерного реактора до 100 млн градусов и поддерживала ее в таком состоянии на протяжении 20 секунд. Тогда они установили мировой рекорд, поскольку преодолеть 10-секундный барьер в удержании раскаленной до такой температуры плазмы до сих пор не удавалось никому. И вот через год ученые смогли улучшить свой результат еще на 10 секунд. Новый рекорд удержания плазмы — 30 секунд.

Для того чтобы получить доступ к бесконечному запасу дешевой энергии, физики в течение многих лет пытаются воспроизвести термоядерную реакцию, происходящую в центре звезд, когда громадные гравитационные силы в сочетании с жаром и давлением запускают синтез, сопровождающийся выбросом энергии. С этой целью ученые строят реакторы, одна из разновидностей которых — токамаки, в которых плазма носится по камере в виде бублика, удерживаемая сильнейшими на планете магнитами. подробнее ⮞⮞⮞

Стартап Helion Energy, обещающий открыть новую эру доступного и чистого электричества, провел очередной успешный раунд инвестиций. Вкладчики, среди которых глава OpenAI Сэм Альтман, сооснователь Facebook Дастин Московиц, компания Питера Тиля Mithril Capital, предоставили стартапу $500 млн, еще $1,7 млрд пообещали перечислить, когда производительность реактора термоядерного синтеза достигнет определенных показателей. Есть большая вероятность, что это произойдет не позже 2024 года.

Термоядерная энергия могла бы решить множество проблем современной энергетики, она безопаснее и чище, чем атомные электростанции, не зависит от погодных условий, как солнечная или ветровая энергетика, не загрязняет атмосферу. Однако несмотря на то, что первая управляемая термоядерная реакция синтеза была проведена примерно 60 лет назад, до сих пор ученым не удалось получить больше энергии, чем было потрачено в процессе. подробнее ⮞⮞⮞

Планы строительства в США прототипа термоядерной электростанции приобрели более четкие очертания. В новом документе, опубликованном Национальными научными, техническими и медицинскими академиями (NASEM), содержится изложение стратегии разработки конструкции многомиллиардной станции и довольно сжатые сроки строительства.

В 91-страничном документе не говорится, сколько времени потребуется для завершения разработки конкретной конструкции. Скорее, в нем содержится оценка сроков, к которым термоядерная энергия должна стать экономически выгодной, если энергетическая отрасль хочет включить ее в план по отказу от эмиссии углерода к 2050 году. Если к 2035 году не появится практичного проекта термоядерной электростанции, момент будет упущен, и технология синтеза не попадет в будущий «букет» источников чистой энергии. подробнее ⮞⮞⮞

В Китае начал работу термоядерный реактор HL-2M Tokamak, крупнейший и самый передовой экспериментальный токамак в стране. Ученые надеются с его помощью открыть секрет источника бесконечной чистой энергии.

Термоядерный реактор HL-2M Tokamak, прозванный «искусственным солнцем», как и обещали представители Китайской национальной ядерной корпорации в прошлом году, оказался завершен до конца 2020 года, пишет Phys.org. Он использует мощное магнитное поле для нагревания плазмы до температур свыше 150 млн градусов Цельсия — это приблизительно в десять раз жарче, чем в центре Солнца. подробнее ⮞⮞⮞

Термоядерная энергия была священным граалем ученых и инженеров с 1940-х, и настолько же недосягаемая. Еще в 50-х разработчики прогнозировали запуск реакторов лет через 25, и с тех пор этот прогноз не менялся. Власти Великобритании намерены добиться этой цели в 2040, построив прототип реактора для производства термоядерной энергии. На проект уже выделено более £400 млн, а теперь объявлен конкурс на лучшее место размещения экспериментального токамака.

Все современные атомные электростанции работают по принципу деления атомов урана или плутония с высвобождением энергии. Синтез работает наоборот — изотопы водорода под действием чрезвычайно высоких температур и давления объединяются с атомами гелия, выделяя гораздо больше энергии, чем при расщеплении. подробнее ⮞⮞⮞

Во французском центре атомной энергетики Кадараш во вторник, 28 июля, официально стартовала сборка самого большого в мире экспериментального термоядерного реактора. Строительные работы в рамках международного проекта ITER, объединившего 35 стран, продлятся до 2024 года, а заработать реактор должен два года спустя. «Надеждой будущего» для ядерной энергетики назвал проект президент Эмманюэль Макрон, обратившись к участникам официальной церемонии запуска строительства.

С термоядерным «синтезом ядерная энергетика может стать надеждой будущего», — заявил французский президент в видеообращение к участникам официальной церемонии начала сборочных работ. Успешная реализация проекта может дать человечеству источник энергии, производство которой не загрязняет окружающую среду, не дает выбросов углекислого газа и токсичных отходов, отметил Макрон. подробнее ⮞⮞⮞

Правительство Великобритании собирается включиться в гонку термоядерного синтеза и уже через 20 лет построит первый токамак. На разработку необычно компактного реактора STEP выделено £220 млн.

Безопасная и почти бесконечная термоядерная энергия десятки лет остается недостижимой мечтой человечества. Пока ни один реактор не смог произвести больше энергии, чем израсходовал, но несколько стран и частных компаний инвестируют крупные суммы в эту технологию, а в южной Франции строится крупнейший токамак ITER — плод усилий международного сообщества.

Британия официально присоединилась к этой гонке — запоздало, но с намерением быстро наверстать упущенное. Инвестиции в проект, получивший название STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), составят £220 млн ($283 млн), рассказывает ZME Science. подробнее ⮞⮞⮞

При слиянии двух атомных ядер выделяется огромное количество энергии — именно этот процесс питает Солнце и другие звезды. Научившись воспроизводить его в земных условиях, человечество получило бы неиссякаемый источник экологически чистой энергии. Однако до сих пор попытки запустить процесс ядерного синтеза при комнатной температуре заканчивались неудачей, сообщает Futurism.

В 2015 году холодным ядерным синтезом заинтересовалась Google. Компания выделила $10 млн 30 ученым по всему миру, попросив их изучить перспективы технологии. Результатом проекта стали около дюжины публикаций и недавняя статья Google в журнале Nature.

Результат исследований оказался неутешительным: доказательств, что холодный ядерный синтез возможен, не найдено. подробнее ⮞⮞⮞

Проектами по изучению энергии термоядерного синтеза долгие годы заведовали государственные предприятия. Исследования обходились дорого, но к прорыву в энергетике они так и не привели. Молодые стартапы обещают пойти другим путем. Они намерены не только совершить рывок, но и вывести технологию на рынок.

«Мы готовы повторить успех SpaceX», — отметил глава компании General Fusion Кристофер Моури в комментарии NBC News.

Он считает, что в сфере термоядерного синтеза, как и в космической отрасли, долгое время доминировали госкорпорации, но теперь настала пора их потеснить. подробнее ⮞⮞⮞

Уже через пять лет мы сможем добывать почти неограниченную энергию из "миниатюрных солнц", заявляют некоторые стартапы. Речь идет о реакторах термоядерного синтеза, которые могут дать много дешевой и чистой энергии.

В условиях глобального потепления, вызванного нашей зависимостью от углеводородного топлива, миру требуются устойчивые источники альтернативной энергии. Если мы их не не найдем, то для миллионов людей будущее может стать очень мрачным: нехватка воды и еды, ведущая к голоду и войнам.

Термоядерный синтез уже давно считается потенциальным ответом на эти вызовы. Но он всегда был чем-то "в 30 годах от нас", как шутили в индустрии. подробнее ⮞⮞⮞

Одной из проблем получения термоядерной энергии является пилообразная нестабильность плазмы. Новое исследование, вероятно, сможет помочь достичь стабильности и приблизиться на шаг к получению практически бесконечного источника энергии.

Пилообразные колебания – периодическое явление в температуре и плотности плазмы, снабжающей топливом термоядерные реакции в токамаках. Эти колебания могут порой совмещаться с другими нестабильностями плазмы и производить серьезные помехи, сводящие реакции на нет. Однако, некоторые плазмы не подвержены этому явлению благодаря механизму, долгое время не дававшему покоя физикам. подробнее ⮞⮞⮞