Различные техники ядерного синтеза ожидают прорыва с радикально новыми идеями или лучшими концепциями

Первоначально опубликованная в журнале "Physics of Plasma", статья Общества Макса Планка кратко и лаконично обобщила текущее состояние различных систем ядерного синтеза. Безусловно, наиболее интересным в этом контексте является так называемый тройной продукт, который представляет собой плотность доступных атомных ядер, их температуру и продолжительность стабильного состояния как умножение этих величин.

Если результат достаточно высок, то порог положительного энергетического баланса для соответствующей технологии превышен. Это означает, что на выходе получается больше энергии, чем было вложено. Именно этого впервые удалось достичь с помощью лазерного термоядерного синтеза в 2021 году. Американская исследовательская установка "National Ignition Facility" обстреляла металлические сферы лазерным излучением.

Рентгеновские лучи, вызванные таким образом, нагревают водород внутри до необходимой температуры. В то же время давление в замкнутой системе значительно возрастает, что ускоряет ядерный синтез. В конце концов, тепловая энергия превышает требуемую энергию лазера.

На следующем этапе в сферу можно также стрелять напрямую, пока она не взорвется, но без дополнительного рентгеновского излучения. Однако пока это работает не очень надежно. И, к сожалению, каждый раз приходится вставлять новую сферу. Непрерывная работа, которая была бы необходима для электростанции, не может быть реализована с помощью этого метода.

Энергетический баланс соответствует реальности

Теоретически, однако, токамак - гигантский электромагнит с циркулирующей внутри плазмой, которая нагревается до температуры с помощью внешнего излучения и внутреннего нагрева - способен именно на такую непрерывную работу. Однако потребность в энергии настолько огромна, что даже ITER, первый полнофункциональный реактор ядерного синтеза, который еще только строится, не сможет вырабатывать электричество - наоборот.

Тем не менее, технология является зрелой, исследуется уже несколько десятилетий и подходит для создания коммерческой электростанции, если когда-нибудь будет достигнут избыток энергии. Это не означает, что другая концепция не может обогнать проверенные идеи. Например, существуют планы по созданию дополнительного давления в токамаке. Это позволило бы значительно снизить требуемую температуру, а значит, этот принцип, по крайней мере, находится на грани осуществимости. Тройной продукт соответствует продукту токамака JT-60U в Нака, Япония. Это означает, что требуется в десять раз больше энергии, чем может быть произведено.

Другие идеи направлены на использование энергии удара, чтобы вызвать резкое увеличение давления и температуры. проект "First Light Fusion", разработанный в Оксфордском университете, запускает капсулу, наполненную водородом. Запущенные ударные волны должны создать необходимое давление, чтобы создать лучшие условия для ядерного синтеза. Однако здесь ясна только основная идея, реализация же остается туманной.

А в компаниях TAE и Helion два пакета, уже преобразованных в плазму, выстреливаются в магнитное поле на максимальной скорости и сталкиваются друг с другом. Однако до сих пор Вам приходится вкладывать в эту систему в тысячу раз больше энергии, чем Вы получаете обратно.

Условия, подобные тем, что существуют в ядре Солнца: идей много, и исследования будут продолжаться, поскольку все еще далекая цель слишком заманчива.