Мы знаем, что стремление человечества контролировать всё привело к огромным технологическим достижениям. Одной из главных проблем, стоящих перед человечеством в этом столетии, является энергетический кризис. Это требует развития всех необходимых аспектов для достижения термоядерного синтеза. Китайская искусственная солнечная электростанция близка к достижению термоядерного синтеза и решению проблем энергетического кризиса.
В этой статье мы расскажем вам, что такое искусственное солнце в Китае, каковы его характеристики и насколько оно важно для мировой энергетической парадигмы.
Что такое искусственное солнце Китая
Его называют искусственным солнцем, потому что он использует тот же источник энергии, что и наша ближайшая звезда. Это одно из самых многообещающих достижений науки, имеющее техническое название — термоядерный синтез: практически чистый источник энергии, который ведущие державы разрабатывают уже несколько десятилетий . Настолько, что пятьдесят лет назад говорили, что существует всего пятьдесят…
Однако, похоже, мы приближаемся к цели. В частности, потому что Китай только что побил рекорд по продолжительности термоядерной реакции: 120 миллионов градусов Цельсия в течение 101 секунды.
Во-первых, мы продолжим и объясним, что такое ядерный синтез на самом деле. Обычные атомные электростанции работают, высвобождая энергию от деления. То есть «сломать» атом. Таким образом, обогащенный уран, бомбардированный нейтронами, используется для запуска цепной ядерной реакции.
Эти электростанции работают уже более полувека. В частности, первая атомная электростанция, подключенная к сети, была построена в Советском Союзе в 1954 году. Однако, как показывает Чернобыльская ядерная катастрофа, они не лишены рисков. Если вы хотите узнать больше о том, как работают эти станции, вы можете ознакомиться с нашей статьей о том, что такое Солнце и как оно связано с развитием энергетики.
С одной стороны, мы имеем неуправляемые цепные реакции. Хотя последствия были катастрофическими, такие события крайне ненормальны. Настоящая проблема ядерного деления — это образующиеся при этом отходы, которые могут оставаться опасно радиоактивными в течение сотен лет.
Напротив, термоядерный синтез или искусственное солнце предоставляют возможность безопасного производства энергии с минимальным количеством отходов или без них . Благодаря низкому углеродному следу, они могут стать мощными инструментами в борьбе с изменением климата. Это крайне важно, учитывая острую необходимость в устойчивых решениях, подобных тем, которые изучаются в рамках исследований характеристик солнца.
Как достигается ядерный синтез
Как это достигается? По сути, он объединяет два легких ядра в одно тяжелое, подвергая их огромному давлению и чрезвычайно высоким температурам. Реакция также высвобождает энергию, потому что образующиеся ядра менее массивны, чем только первые два ядра.
Как правило, топливо, используемое для создания искусственного солнца, основано на изотопах дейтерия и трития. Дейтерий можно извлекать из морской воды, а тритий — из лития . Оба элемента невероятно распространены, почти бесконечно по сравнению с ураном. Например, дейтерий в одном литре морской воды может произвести энергию, эквивалентную энергии трехсот литров нефти.
Чтобы понять энергию, выделяемую при термоядерном синтезе, следует учесть, что всего несколько граммов топлива могут генерировать тераджоули: этого достаточно, чтобы удовлетворить энергетические потребности одного человека в развитой стране в течение шести лет. Этот потенциал является предметом изучения в различных исследовательских проектах по возобновляемым источникам энергии, созданию искусственных облаков и их влиянию на климат.
В результате термоядерных реакций также образуются отходы. Большая их часть — это гелий, инертный газ. Однако образуются и небольшие количества радиоактивных отходов, образующихся из трития. К счастью, они распадаются гораздо быстрее, чем отходы деления. В частности, их можно повторно использовать или переработать менее чем за 100 лет. С другой стороны, нейтронный поток, образующийся в процессе термоядерного синтеза, воздействует на окружающие материалы, которые постепенно становятся радиоактивными без защиты. Поэтому экранирование конструкции реактора станет еще одним важнейшим аспектом.
Как работает искусственное солнце в Китае
Хорошо, теперь у нас есть тритиевое и дейтериевое топливо и основные принципы работы. Но как именно работает этот процесс? Вот тут-то и начинаются ловушки при переходе от теории к практике.
Как и ожидалось, необходимо было приложить очень высокое давление и температуру — достаточные для превращения топлива в чрезвычайно горячую плазму. Атомы должны были столкнуться друг с другом при температуре не менее 100 миллионов градусов Цельсия, с достаточным давлением, чтобы сблизить их настолько, что ядерное притяжение превзошло электрическое отталкивание.
Установление грубой параллелизма похоже на преодоление отталкивания двух магнитов одной полярности до тех пор, пока вы не сможете склеить их вместе. Для достижения этих экстремальных условий для фокусировки топлива используются магнитные поля и мощные лазерные лучи. Как только достигается состояние сверхгорячей плазмы, необходимо продолжать добавлять топливо, пытаясь контролировать высокие тепловые выбросы, не разрушая реактор.
Конечно, в мире нет материала, способного выдержать 100 миллионов градусов Цельсия, не расплавившись мгновенно. Именно здесь на помощь приходит удержание плазмы, которое достигается с помощью различных типов реакторов, таких как тот, который изучается в контексте солнечной энергии.
Последние достижения в области ядерного синтеза
Как мы изначально и ожидали, одним из последних достижений в области ядерного синтеза является Китай. В мае 2021 года исследователи из Юго-Западного института физики (SWIP) в Чэнду, Китай, объявили, что их реактор HL-2M побил все рекорды по экспериментам по ядерному синтезу.
Хотя это сложный процесс, самая большая проблема заключается не в самом термоядерном синтезе, как это было достигнуто во многих реакторах в последние годы. Настоящая проблема состоит в его поддержании в течение длительного времени: лишь немногие способны обеспечить его функционирование более нескольких секунд.
Вот где ученые SWIP получили свою медаль: они достигли температуры 150 миллионов градусов по Цельсию за 101 секунду. Предыдущий рекорд принадлежал Южной Корее с результатом 20 секунд.
Этот реактор типа токамак рекламируется как «искусственное солнце», но в действительности он в десять раз горячее, чем ядро Солнца. Сейчас все внимание приковано к крупнейшему на сегодняшний день международному проекту: ITER. В этом масштабном проекте, в котором участвуют 35 стран, только что завершилась первая фаза строительства. Если все пойдет хорошо, финальный реактор сможет вырабатывать 500 мегаватт электроэнергии примерно к 2035 году.
Надеюсь, эта информация поможет вам узнать больше об искусственном солнце Китая и его особенностях.