Официално потвърждение! Експериментът за лазерен синтез достигна критичен етап в производството на енергия

През месец декември 2022 г. учените от National Ignition Facility на САЩ обявиха исторически крайъгълен камък. За пръв път тяхната реакция на термоядрен синтез, използваща лазерно запалване, се е „изравнила“. Тоест, тя е произвела повече енергия, отколкото е консумирала.

Но подобен напредък трябва да бъде най-внимателно проверен, а това може да отнеме известно време.

Важно е да се отбележи, че поредицата от статии, в които подробно се описват експерименталният дизайн, технологичните постижения и резултатите от първоначалната преломна реакция, току-що преминаха през партньорска проверка. Това означава, че изследователи, които не са участвали в проекта, са направили независима проверка на методите и резултатите, за да проверят получените стойности.

„Това постижение е кулминацията на над пет десетилетия изследвания и доказва, че е възможен лабораторен термоядрен синтез, базиран на фундаменталните принципи на физиката“, пишат в първия от петте документа членовете на екипа Indirect Drive ICF (inertial confinement fusion) Collaboration.

Ядреният синтез

Ако ядреният синтез бъде овладян и развит, то той може да бъде един изобилен и неизчерпаем източник на чиста енергия, без да се отделят парникови газове. Каквито се отделят при изкопаемите горива, или радиоактивни отпадъци, каквито се отделят при ядреното делене. Ядреният синтез представлява сливане на два или повече атома, за да се образува по-голям атом, като при това се освобождава огромна енергия.

Тези лабораторни реакции са далеч от търговските приложения, като само в малък мащаб имитират реакциите на термоядрения синтез, които подхранват нашето Слънце и звездите. Без масата на Слънцето, която да осигури гравитационно въздействие, методите за синтез на атоми на Земята разчитат на топлината.

В случая на тази конкретна технология за термоядрен синтез топлината се осигурява чрез мощен светлинен импулс. Експериментите включват бомбардиране на капсула, съдържаща едва 220 микрограма гориво от деутерий и тритий, със 192 мощни лазера, което повишава налягането до 600 милиарда атмосфери и температурата до 151 милиона °C (272 милиона °F).

Тези условия, които далеч надхвърлят тези в Слънцето, предизвикват имплозия на горивото. Атомите на деутерия и трития се сливат в хелий и освобождават енергия.

При преломния експеримент от декември 2022 г. лазерите изстрелват 2,05 мегаджаула (MJ) енергия в горивото, в резултат на което се освобождават 3,15 MJ. Тоест реакцията е произвела приблизително 1,5 пъти повече енергия, отколкото е била доставена в горивото.

В новите доклади подробно се описва напредъкът, който е позволил да се постигне така нареченото „изравняване“ или „равновесие“. Включително промяна на горивната смес, отстраняване на дефекти в стените на капсулата. Както и увеличаване на масата на капсулата с размер на грахово зърно. Както и повишаване на енергията на лазера и увеличаване обема на използваното гориво.

Преминаването на т.нар. праг на запалване постави началото на нова ера в изследванията на термоядрения синтез, която оттогава не се е забавила. Учените използваха по-мощни лазери и генерираха още повече енергия в рамките на няколко експеримента през миналата година.

Изследователите съобщават и резултатите от един от тези по-скорошни експерименти, от средата на 2023 г. При него се генерира 3,88 MJ енергия от същите 2,05 MJ вложена енергия. Или около 1,9 пъти повече от инжектираната енергия, което е най-високият резултат до момента.

Реалността

Трябва да се има предвид обаче, че за захранването на лазерите в тези експерименти се използват огромни количества енергия. Това са 500 трилиона вата. Или хиляда пъти повече енергия, отколкото националната енергийна мрежа на САЩ произвежда във всеки един момент. Така че предстои дълъг път, преди тези реакции на термоядрен синтез действително да генерират повече енергия, отколкото се изразходва за тяхното стартиране.

„Има шанс да се стигне до термоядрен синтез“, казва Мартин Фрер, ядрен физик от Университета в Бирмингам, пред Матю Спаркс от New Scientist. „Но предизвикателствата, които имаме, са твърде сериозни от научна гледна точка.“

Въпреки обещанието за чиста енергия, учените също така подчертават, че ядреният синтез не е непосредственото решение, от което се нуждаем за преодоляване на климатичната криза.

Бъдещето

Според изследователката на ядрения синтез от Манчестърския университет Анека Хан, до създаването на търговски съоръжения за ядрен синтез остават още десетилетия. Докато за да променим климата, трябва да намалим почти наполовина глобалните въглеродни емисии през следващите 6 години – до 2030 г.

За щастие, вече разполагаме с технологиите за енергия от възобновяеми източници, за да постигнем тези цели.