Професор Брайан Кокс
Ядерний синтез - це природне джерело енергії. Енергія, яка живить весь Всесвіт, від нашого Сонця до найдальших зірок, вивільняється в процесі з'єднання ядер водню, які утворюють гелій.
Оскільки водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, резонно запитати: а чи не можна і нам покінчити з енергетичною кризою, побудувавши на Землі власні зірки.
Невелика складність полягає в тому, що зірки, як правило, дуже великі і дуже гарячі. Наприклад, Сонце в мільйон разів більша за Землю і спалює 600 мільйонів тонн водню в секунду.
Температура в його центрі становить 15 мільйонів градусів, але навіть цього ледве достатньо, щоб змусити реакцію синтезу ледве жевріти.
Незважаючи на всі ці труднощі, в англійському графстві Оксфордшир ось уже три десятиліття працює реактор ядерного синтезу Jet (Joint European Torus).
Плазма в реакторі Jet утримується потужним електромагнітним полем
Jet регулярно нагріває коктейль з дейтерію і тритію до температур, що перевищують 100 мільйонів градусів, і запускає ядерний синтез, швидкість якого значно вище, ніж в самому центрі Сонця.
Правда, Jet занадто малий, щоб виробляти скільки-небудь значні обсяги елекроенергіі, проте він послужив прототипом для куди крупнішого реактора Iter з великим комерційним потенціалом, який зараз будується на півдні Франції.
Принцип, який застосовується в реакторах Jet і Iter, полягає в нагріванні газу до таких температур, при яких атомне ядро втрачає електрони, що утворюють важкокерована субатомний суп, іменований плазмою.
Плазма утримується в потужному магнітному полі, так, щоб вона не стикалася зі стінками реактора.
Якщо дейтериево-тритиевую плазму досить довго утримувати при високій температурі і під великим тиском, природа сама зробить все інше. В результаті реакції вийде гелій і багато чистої енергії.
У Сполучених Штатах застосовується інший підхід. Там ставка зроблена на так званий інерційний синтез, яким займаються на лазерної термоядерної установці (NIF) і Z-Машині в Національній лабораторії Сандіа в Каліфорнії.
Якщо Iter більше нагадує звичайну електростанцію, на якій цілими днями і навіть тижнями палять паливо, інерційний синтез за принципом швидше нагадує двигун внутрішнього згоряння.
NIF опромінює крихітні капсули дейтериево-тритієвого палива лазером потужністю 500 трильйонів ват. Для порівняння, це в тисячу разів більше, ніж споживають всі Сполучені Штати.
Цей гігантський, але дуже короткочасний лазерний імпульс призводить до вибуху паливних капсул, в результаті чого на частки секунди народжується міні-зірка.
Z-Машина діє інакше: вона пропускає через павутину найтонших проводів, що оточують паливну капсулу, заряд потужністю в півтрильйона ват. Далі відбувається приблизно те ж саме, що і з лазером: в результаті Z штрафного виходить зірка.
Якщо вченим вдасться створити постійний потік міні-зірок, будівництво електростанції не складе проблеми.
Z-Машина пропускає через павутину проводів півтрильйона ват
Звичайно, це зовсім не просто, але, поза всякими сумнівами, можливо.
Правда, коли заходить розмова про синтез, часто можна почути одну і ту ж репліку: "Ця технологія, про яку завжди говорять:" дайте ще 30 років ", так навіщо ж вкладати в неї кошти?".
Насправді інженери вже зараз говорять про будівництво останнього покоління експериментальних реакторів.
Якщо все піде за планом, то Iter і йому подібні реактори зможуть виробляти електроенергію в промисловому масштабі на початку 2030 х років.
Таке довгострокове і, можливо, остаточне рішення енергетичної кризи в великій мірі залежить від значних інвестицій, бажано таких же, або ще більших, ніж зараз.
Саме проблему інвестицій потрібно вирішувати зараз, а не завтра. В майбутньому енергія стане вироблятися тільки шляхом синтезу. Інакше ми просто не зможемо отримувати багато трильйони ват, необхідні для комфортного життя всіх жителів нашої планети.
З цим ніхто і не сперечається. Таким чином, коректно ставити питання не "якщо", а "коли", і тут розмова про 30 роках мене не влаштовує.
Американський президент Джон Кеннеді любив розповідати історію про французький генерала, який попросив свого садівника посадити дерево. "До чого поспішати, - відповів садівник, - йому ще 30 років рости".
На що генерал, дивлячись в очі садівнику, сказав з нетерпінням: "30 років? Так саджай ж його скоріше!"
Професор Брайан Кокс керує групою фізики високих енергій при університеті Манчестера.