Пробивът в ядрения синтез в контекста

Миналия месец Националното съоръжение за запалване в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) в Калифорния оповестен значителен пробив в изследванията на ядрения синтез. Оттогава много хора ме попитаха какво всъщност означава този пробив.

Първо, нека обсъдим някои основи на ядрения синтез. Днешните атомни електроцентрали се основават на ядрено делене, което представлява разделянето на тежък изотоп като уран-235 на два по-малки изотопа. (Изотопите са просто различни форми на елемент).

С прости думи, ядреното делене е като да изстреляте малък куршум в центъра на изотопа, което го кара да стане нестабилен и да се разцепи. Когато се раздели, освобождава огромно количество енергия (масата и енергията са свързани с известното уравнение на Айнщайн E = Mc²). След това тази енергия може да се превърне в електричество.

Въпреки това, едно от основните възражения срещу ядреното делене е, че страничните продукти от деленето са силно радиоактивни и много от тях са с дълъг живот. С други думи, те представляват опасност за живота, освен ако не се третират правилно. Тези радиоактивни странични продукти са причината някои да се противопоставят на ядрената енергия.

Ядреният синтез, който е източникът на енергия за звезди като нашето слънце, е различен. При термоядрения синтез вие принуждавате по-малките изотопи заедно, за да образуват по-големи изотопи. Обикновено това включва комбиниране на изотопи на водорода - най-малкият елемент - за образуване на хелий. Тази реакция освобождава дори повече енергия от реакцията на делене, но по-важното е, че не произвежда никакви дълготрайни радиоактивни странични продукти. Ето защо ядреният синтез често се нарича „свещеният граал“ на производството на енергия.

Та какъв е проблема? Тези малки водородни изотопи са силно устойчиви на синтез. Необходими са огромно налягане и високи температури (каквито присъстват на слънцето), за да ги принудят да се слеят. Това е много различно от ядреното делене, което се извършва сравнително лесно. По този начин, въпреки че синтезът може да бъде постигнат в ядрени оръжия, изследователите са прекарали десетилетия в опити да създадат контролирана реакция на синтез, която може да се използва за производство на енергия.

През годините бяха обявени много „пробиви“. Единият, който беше обявен миналия месец, беше, че за първи път учените са извлекли повече енергия от процеса на термоядрения синтез, отколкото е трябвало да вложат. Предишните усилия, които са постигнали термоядрен синтез, изискват повече вложена енергия, отколкото е произведена от реакцията на термоядрения синтез.

Така че това наистина бележи значителен пробив. Но колко близо сме до разработването на търговски термоядрени реактори?

Ето една аналогия, която използвах, за да го поставя в контекст. Имаше много етапи по пътя към пътуванията с комерсиална авиокомпания. Братя Райт изпълниха първия успешен двигателен полет в историята през декември 1903 г. Ще минат още 16 години преди първия трансатлантически полет. Но първият широко успешен търговски пътнически самолет, Boeing 707, няма да бъде представен до 1958 г.

Дългогодишната шега винаги е била, че търговският ядрен синтез е след 30 години. В действителност това просто означава, че все още не можем да видим пълния път, за да стигнем до там. Неотдавнашният пробив със сигурност е крайъгълен камък по пътя към комерсиалния ядрен синтез. Но все още може да ни делят 30 години от комерсиалната реализация на ядрения синтез.