Китайский термоядерный реактор проработал 17 минут. Насколько это приближает людей к энергии «рукотворных звёзд»

Учёные уже 60 лет пытаются освоить термоядерный синтез — чистый и неисчерпаемый источник энергии. Несмотря на все прорывы, особых успехов нет (возможно, и не будет вовсе).
Плазма внутри токамака, фото Wikimedia
В последний день 2021 года китайские учёные сообщили, что их опытный термоядерный реактор EAST нагрел плазму до 70 миллионов градусов и удерживал её 1056 секунд. По мнению руководителя эксперимента, физика-академика Гуна Сяньцзу, это достижение — надёжная основа для запуска рабочего термоядерного реактора, который будет вырабатывать энергию.

Покорение ядерного синтеза приведёт к революции в энергетике — электростанции станут в разы мощнее, при этом будут работать на экологически чистом и практически неисчерпаемом топливе. Однако учёные уже более 60 лет не могут взять термоядерные реакции под контроль, и даже последние достижения несильно приближают человечество к этой цели.

Зачем нужно искать новые виды топлива
Сейчас около 85% энергии в мире люди получают, сжигая уголь, нефть, дрова и торф, как и сотни лет назад. Такое топливо называется химическим, потому что «работает» оно на молекулярном уровне: при горении молекулы распадаются и соединяются в новые, высвобождая химическую энергию, которой атомы в молекулах связаны между собой. Эта энергия выделяется в виде открытого огня, взрыва или тления.

Химическое топливо работает безотказно, но неэффективно: его приходится тратить в больших количествах. Каждые сутки люди сжигают по 20 миллионов тонн угля и 25 миллионов бочек бензина, чтобы электростанции давали ток, котельные — тепло, а транспорт возил грузы и пассажиров. Миру нужно всё больше энергии, но запасы химического топлива на Земле ограничены и не восстанавливаются (на формирование угля и нефти уходят миллионы лет).

Предполагаемое количество ежегодных смертей от загрязнений, если бы уголь, нефть, газ или АЭС были единственными в мире источниками энергии, изображение Wikimedia
Главный же минус химического топлива — оно при горении выделяет в воздух массу опасных для здоровья частиц и углекислого газа, который создаёт на Земле парниковый эффект и приводит к глобальному потеплению. Замена чадящего угля на более чистые нефть и газ не решает проблемы полностью — парниковые выбросы при этом уменьшаются лишь наполовину. К тому же, природный газ сам по себе создаёт в 20-80 раз более сильный парниковый эффект, чем CO2, а полностью перекрыть его утечки при добыче, хранении и передаче вряд ли возможно.

Ядерная энергия: революция, которой не случилось
Кардинальное решение этих проблем учёные предложили ещё в 1930-х годах — перейти с химического топлива на ядерное, которое выделяет энергию не из молекул, а из атомов. В 1954 году в Обнинске заработала первая атомная электростанция (АЭС), доказав расчёты и предположения физиков о высокой эффективности ядерного топлива. Хотя, например, Эйнштейн не верил, что при его жизни (он умер в 1955 году) люди освоят энергию атома.

Обнинская АЭС имела мощность всего пять мегаватт и с 2002 года используется только как музей, фото Росатома
Раскалывая на куски ядра атомов урана или плутония в управляемой цепной реакции, можно получить в полтора миллиона раз больше энергии, чем при сжигании природного газа той же массы. Один килограмм урана для АЭС заменяет три тысячи тонн угля для тепловой электростанции, это 40-50 железнодорожных вагонов. При этом — никакого горения, дыма, копоти и парниковых выбросов.

Ядерное топливо могло бы полностью покончить с нефтью и газом, если бы не один большой минус: радиоактивность. Ядра атомов урана сами по себе не очень стабильны и понемногу распадаются, излучая радиацию — квантовые частицы, заряженные большой энергией. Они разбивают встречные атомы на отдельные ядра и электроны (ионизируют вещество), что для живых существ убийственно: ткани и целые органы превращаются в кашу, а из-за поломок ДНК начинают расти раковые опухоли.

Радиационное излучение исходит из урана постоянно: при добыче, при перевозке и даже после отработки в атомном реакторе. То есть, ядерные отходы тоже нужно надёжно изолировать от окружающей среды, чтобы не было утечек — например, залить бетоном и закопать поглубже в землю. Помимо этого, уран ядовит для живых организмов — его атомы вклиниваются в клеточные структуры и «ломают» их.

Alex

Feb. 11, 2022, 11:49 p.m.

Источник

Наука