Состоится ли промышленная революция в энергетике

Ученые всего мира в поисках новых источников энергии уделяют большое внимание направлению получения топлива за счет термоядерного синтеза. Хоть эта тема и не нова, но на сегодня нет реакторов, в которых можно было бы получить устойчивую термоядерную реакцию, иметь на выходе тепло и электроэнергию. Хотя на исследования и научные разработки тратятся колоссальные деньги, но конкретного практического результата, промышленной революции в энергетике, пока нет.

Надеюсь читателю понятно, что альтернативные источники энергии на основе ветра, солнца и биомассы не способны обеспечить по объемам существующие экономики государств, но в то же время являются обязательным сектором энергетики, отличающиеся безопасностью и экологической чистотой.

Именно поэтому на смену традиционного ископаемого топлива, углю, нефти и газу (ограниченные запасы в Земле и загрязнение атмосферы при сжигании) должен прийти новый источник энергии, но какой?

По термоядерному синтезу, как новому источнику энергии, мне приходилось общаться с известным украинским ученым физиком Владимиром Высоцким и, по его мнению, это направление бесперспективно. Наоборот, низкотемпературные реакции (НЭЯР или LENR), в основе которых лежит холодный ядерный синтез, смогут обеспечить энергией промышленность, экономику и население. На моей площадке вы могли познакомиться с этим направлением.

Пока трудно предсказать, как будут развиваться события, но вас, уважаемый читатель, хочу ознакомить с последними достижениями в научных центрах Европы и США, проводимых на базе новейших токамаков (токамак — тороидальная камера с магнитными катушками или тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза).   

"Европейские и американские ученые совместно разработали новый тип термоядерного топлива, который на порядок превосходит все существующие аналоги по энергетической эффективности. Исследования проводились на базе ультрасовременных токамаков Alcator C-Mod JET. 

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из Брюсселя разработали новый тип термоядерного топлива. С его помощью можно получить в десять раз больше энергии, чем из всех существующих образцов. Новое топливо содержит три вида ионов — частиц, заряд которых меняется в зависимости от потери или получения электрону. Для изучения топлива используется токамак. Эксперименты с новинкой проводятся на базе токамака Alcator C-Mod, принадлежащей MIT, который обеспечивает наивысшее напряжение магнитного поля и давление плазмы во время испытаний.

Секрет нового топлива

Alcator C-Mod последний раз был запущен еще в сентябре 2016 года, но данные, полученные в результате проведенных экспериментов, были расшифрованы лишь недавно. Именно благодаря им, ученым удалось разработать новый, уникальный тип термоядерного топлива, значительно увеличивающий энергию ионов в плазме. Результаты были обнадеживающими настолько, что исследователи, работающие на Объединенном европейском тори (JET, еще один современный токамак) в Оксфордшире, США, провели собственный эксперимент и достигли такого же увеличения выработки энергии. Исследование, в котором подробно изложены результаты работы, было недавно опубликовано в Nature Physics.

Ключом к повышению эффективности ядерного топлива стало добавление незначительного количества гелия-3 — стабильного изотопа гелия, который вместо двух нейтронов имеет только один. Ядерное топливо, используемое в Alcator C-Mod, ранее содержало только два типа ионов, ионов дейтерия и водорода. Дейтерий, стабильный изотоп водорода с одним нейтроном в ядре (у обычного водорода нейтронов нет вовсе) составляет около 95% от общего состава топлива.

Исследователи из Центра плазмы и синтеза MIT (PSFC) использовали радиочастотный нагрева для того, чтобы зажечь топливо содержащееся в форме суспензии, промышленными магнитами. Этот метод основан на использовании антенн вне токамака, которые влияют на топливо с помощью радиоволн определенных частот. Они калиброванных так, чтобы поражать только материал, количество которого в суспензии меньше всех остальных (в данном случае это водород). Водород имеет лишь малую долю от общей плотности топлива, а потому фокусировки радиочастотного нагрева на его ионах позволяет достичь экстремально высоких температур. Возбужденные ионы водорода затем взаимодействуют с ионами дейтерия, и полученные в результате взаимодействия частицы бомбардируют внешнюю оболочку реактора, выделяя огромное количество тепла и электроэнергии.

А что же гелий-3? В новом топливе его менее 1%, но именно его ионы играют решающую роль. Сфокусировав радиочастотный нагрева на таком незначительном количестве вещества, исследователи подняли энергию ионов до уровня мегаелектроноволь (МэВ). Електроновольт — это количество энергии, полученное/ утраченное в результате перехода электрона от одной точки электрического потенциала на уровень в 1 вольт выше. До сих пор мегаэлектронвольт в экспериментах с термоядерным горючим были только мечтой ученых — это на порядок больше, чем энергия всех образцов, полученных до сих пор.

Alcatre C-Mod JET представляют собой экспериментальные камеры термоядерного синтеза с возможностью достижения тех же плазменных давлений и температур, которые потребуются в полномасштабном реакторе синтеза. Стоит отметить, впрочем, что они меньше по размерам и не дают того, что исследователи называют «активированным синтезом» — синтеза, энергия которого непосредственно превращается в энергию, которую можно использовать для других целей. Корректировка состава топлива, частоты радиоволн, магнитных полей и других переменных в этих экспериментах позволяют исследователям тщательно выбрать наиболее эффективный процесс синтеза, который потом можно будет воспроизвести в промышленном масштабе.

Как уже было сказано, американским ученым, которые работают на JET, удалось не просто достичь тех же результатов, но и сравнить их с работой западных коллег, в результате чего научное сообщество получило уникальные данные измерений различных свойств невероятно сложных реакций, происходящих в перегретой плазме . В MIT исследователи использовали метод получения изображений реакции с помощью фазово-контрастной микроскопии, благодаря которому фазы электромагнитных волн трансформируются в контраст интенсивности. В свою очередь, ученые JET имели возможность точно измерять энергию полученных частиц, и в результате картина происходящего во время реакций синтеза, получилась наиболее полной.

Ядерный синтез: революция в энергетике

Что это значит для нас с вами? Как минимум значительный прорыв в технологической сфере. Ядерный синтез, направленный на нужды промышленности, может провести революцию в производстве энергии. Его энергетический потенциал невероятно высок, а топливо состоит из самых распространенных элементов в Солнечной системе — водорода и гелия. К тому же, после сгорания термоядерного топлива не образуется опасных для экологии и здоровья человека отходов".Источник

Спасибо за прочтение! 🙂 Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.