В поисках чистой, практически неограниченной и экологически чистой энергии сделан еще один шаг вперед благодаря впечатляющему научному достижению: 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.
Но что представляет собой это достижение и почему оно так важно?
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез — это процесс, происходящий в ядрах звезд, включая наше Солнце. Он включает в себя слияние двух легких атомов, таких как водород, с образованием более тяжелого атома, например гелия. Во время такого слияния часть массы исходных атомов преобразуется в огромное количество энергии, которая выделяется в виде света и тепла. Это явление регулируется уравнением Эйнштейна E=mc², которое гласит, что масса (m) объекта может быть преобразована в энергию (E) и наоборот.
В случае ядерного синтеза, когда два легких атома сливаются, образуя более тяжелый, масса образовавшегося атома немного меньше суммы масс исходных атомов. Эта небольшая потеря массы затем преобразуется в большое количество энергии в виде тепла и света. Причина, по которой эта небольшая потеря массы превращается в большое количество энергии, заключается в том, что, согласно уравнению Эйнштейна, преобразование массы в энергию зависит от квадрата скорости света (c²), которая является чрезвычайно большим числом (около 300 000 километров в секунду). Это означает, что небольшая масса дает огромное количество энергии при умножении на такое большое число, как c².
Колоссальный вызов
Таким образом, ядерный синтез — это естественный процесс, который генерирует колоссальную энергию, объединяя маленькие атомы в более тяжелые. Если нам удастся воспроизвести это явление на Земле в контролируемом режиме, оно может стать чистым и практически неисчерпаемым источником энергии, поскольку необходимое сырье (например, водород) имеется в изобилии и не загрязняет окружающую среду. Однако воспроизведение условий, необходимых для ядерного синтеза, на Земле представляет собой серьезную проблему. На Солнце экстремальная гравитация поддерживает достаточно высокое давление, чтобы ядра водорода могли слиться. На Земле же мы должны воссоздать это давление искусственным путем. Это требует достижения температур, часто превышающих 100 миллионов градусов Цельсия, необходимых для преодоления электростатического отталкивания между ядрами положительно заряженных атомов.
Еще одна серьезная проблема заключается в управлении плазмой — состоянием материи, состоящей из ионов и свободных электронов. При таких температурах материя принимает форму плазмы, но ее трудно контролировать, поскольку она может отделяться от стенок реактора и непредсказуемо взаимодействовать с окружающей средой. Чтобы плазма не охлаждалась и не касалась стенок реактора, ее необходимо заключить в ограниченное пространство. Для этого необходимы мощные магнитные поля. Для достижения этой цели предпочтение отдается двум подходам: термоядерному синтезу с магнитным удержанием, как в реакторах токамак, и лазерному термоядерному синтезу, в котором для сжатия плазмы используются высокоэнергетические импульсы.
Наконец, материалы, используемые для создания реакторов, также должны выдерживать экстремальные условия тепла и радиации, что добавляет еще один уровень сложности.
Рекорд реактора EAST
Несмотря на все эти трудности, исследователи продолжают развивать науку о термоядерном синтезе в надежде, что однажды этот чистый и практически неисчерпаемый источник энергии станет реальностью на Земле. Реактор EAST, расположенный в китайском городе Хэфэй, был разработан для того, чтобы расширить границы исследований в области ядерного синтеза.
В январе 2025 года он продемонстрировал впечатляющий результат: стабильное поддержание плазмы в замкнутом контуре в течение 1066 секунд, или около восемнадцати минут, что значительно превысило предыдущий рекорд в 403 секунды, установленный несколькими годами ранее. Этот успех стал результатом целого ряда технических усовершенствований, внесенных в реактор. В частности, инженеры удвоили мощность системы нагрева, чтобы достичь чрезвычайно высоких температур, обеспечив при этом стабильность плазмы.
Впереди еще долгий путь
Рекорд, установленный EAST, — важная веха, но предстоит преодолеть еще много трудностей, прежде чем ядерный синтез станет жизнеспособным источником энергии. Главное препятствие заключается в том, что, хотя реакторы, подобные EAST и ITER, могут создавать стабильную плазму, в настоящее время они потребляют гораздо больше энергии, чем вырабатывают. Проект ИТЭР, строительство которого ведется в настоящее время на юге Франции, также играет решающую роль в этих поисках. Этот экспериментальный реактор, объединяющий десятки стран, включая Китай, США и Японию, призван продемонстрировать, что устойчивый ядерный синтез возможен.
Запуск ИТЭР запланирован на 2039 год, и он не будет сразу производить электричество, но собранные им данные будут важны для разработки действующих термоядерных электростанций. Несмотря на это, пока мир ищет решения для удовлетворения растущего спроса на энергию при одновременном сокращении выбросов углекислого газа, такие прорывы, как EAST, дают проблеск надежды. Еще предстоит пройти долгий путь, чтобы сделать термоядерную энергию доступной для всех, но каждый шаг вперед, каким бы скромным он ни был, приближает человечество к более чистому и устойчивому будущему.
Оценили 19 человек
22 кармы