Германия только что вложила новую надежду в мечту о ядерном синтезе

Немецкие ученые успешно хранили водородную плазму в среду, приближая мир на шаг к утопической мечте о ядерной энергетике.

Федеральный канцлер Ангела Меркель нажала красную кнопку на стеллараторе Wendelstein 7-X, или W7-X, и запустила обратный отсчет реакции, который нагревал водород мощностью 6000 микроволн. Плазма поддерживалась всего за доли секунды. Эксперимент был объявлен успехом.

Ядерный синтез является противоположной реакцией на ядерные установки, которые работают сегодня. В то время как реакторы деления разделяют тяжелые атомы урана и захватывают энергию, выделяемую в результате этого процесса, мощность термоядерного синтеза включает в себя разрушение двух более легких атомов и образование одного более тяжелого.

Слияние водорода - это то, что питает солнце и звезды. Строительство термоядерной электростанции здесь на Земле равносильно созданию крошечного солнца и удержанию его в нашем мире. Это чрезвычайно трудная задача, так как без разрушающего давления, вызванного массой звезд, температуры, необходимые для начала реакции на этой планете, должны были бы быть во много раз выше, чем температуры в центре Солнца.

При использовании термоядерный синтез может много раз привести мир в действие на топливе морской воды, без риска ядерного расплавления и очень небольшого количества отходов. Неудивительно, что цель поглотила так много глобальных ресурсов, несмотря на такой медленный прогресс.

Одна международная инициатива, известная как ИТЭР, на сегодняшний день обошлась в миллиарды долларов и страдает от разочарований и задержек. После того, как прогнозируется производство плазмы к 2016 году, эта цель была отложена - возможно, на неопределенный срок.

«Теперь я рассчитываю посвятить всю свою профессиональную карьеру, прежде чем увидеть достойную плазму в ИТЭР», - сказал физик на объекте. Житель Нью-Йорка.

Немецкая инициатива, расположенная в Институте физики плазмы Макса Планка в Грайфсвальде, преследует ту же цель, что и ИТЭР: стабильная реакция синтеза водорода. Однако они основаны на двух разных устройствах.

Реакции синтеза связаны с образованием перегретого ионизированного газа, известного как плазма. При миллионах градусов Цельсия плазма слишком горячая, чтобы удерживаться любым материалом на Земле. Лучшие идеи о том, как удержать эту плазму, включают ее циркуляцию в форме пончика внутри вакуума с помощью мощных переохлажденных магнитов. Два главных дизайна для этого устройства - токамак и стелларатор, см. Ниже:

Токамак, который является основой для ИТЭР, впервые был предложен советскими физиками в 1950-х годах. Он проще по конструкции, чем стелларатор, но гораздо сложнее в работе.

Стелларатор, показанный в немецком эксперименте, имеет гораздо более сложную конструкцию и не мог быть построен без суперкомпьютерной мощности, которая стала доступна только в 1980-х годах.

Успех этой недели в Германии является сигналом того, что стелларатор догоняет и, возможно, даже превзошел токамак в гонке за коммерческим ядерным синтезом.

Стоимость W7-X в Германии составляет 440 миллионов долларов. В целом проект стоил более миллиарда долларов за два десятилетия. Цель состоит в том, чтобы нарастить устройство, чтобы оно могло выдерживать реакции синтеза водорода дольше и дольше, до 30 минут. Вовлеченные ученые надеются, что веха будет достигнута к 2025 году.