Вчені близькі до отримання термоядерної енергії вже 50 років: коли ж вона стане реальністю

Енергія, одержувана в результаті термоядерного синтезу, того самого, що живить Сонце, являє собою поки що лише мрію для вчених. Хоча вони активно працюють над отриманням хоч невеликої кількості корисної термоядерної енергії, останнім часом і у фізиків є деякі успіхи. Але це ще не той обсяг термоядерної енергії, який можна було б використовувати людству. У своїй статті для Space американський астрофізик Пол Саттер розмірковує над тим, коли ж все-таки люди отримають чисте, ефективне та невичерпне джерело електричної енергії.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Чиста і безмежна енергія

Уже багато десятиліть, відтоді, як люди навчилися зіштовхувати атоми, щоб отримати більші атоми і водночас вивільнити невелику кількість енергії, вчені усвідомлюють величезне значення термоядерної енергії для людства. Адже якщо її виробляти у великій кількості, то ця чиста і безмежна енергія дасть можливість людству відмовитися від викопного палива.

Вчені вже домоглися великого прогресу у створенні експериментальних термоядерних реакторів, але потрібен справді працюючий реактор, у якому буде досягнуто стійкого і постійного термоядерного синтезу. А з цим поки що у фізиків проблеми. Термоядерна енергія залишається однією з тих речей, до яких залишилося "всього 20 років" і це очікування триває вже приблизно півстоліття.

Способи отримання термоядерної енергії

Головна проблема полягає в тому, що, попри простоту створення термоядерного синтезу, набагато складніше зробити реакцію повільною і контрольованою, щоб витягти з неї корисну термоядерну енергію. Зараз фізики знають, що для створення такої енергії є два способи. Але спочатку потрібно зауважити, що багато років у фізиків не виходило отримати більше енергії, ніж вони витратили на створення реакції. Простіше кажучи, вони витрачали таку саму кількість енергії, яку отримували на виході.

• Отже, один із способів отримати термоядерну енергію називається інерційним утриманням, коли відбувається бомбардування лазерними променями невеликої цілі в реакторі, яка вибухає і відбувається коротка реакція термоядерного синтезу. За допомогою цього способу вчені зі США наприкінці 2022 року, як уже писав Фокус, уперше змогли отримати "беззбиткову" термоядерну енергію. Тобто було виділено більше енергії, ніж витрачено палива на підтримку реакції.
• Є й інший спосіб отримати термоядерну енергію, званий магнітним утриманням. Потужні магнітні поля в реакторі стискають плазму, поки вона не починає плавитися. Наразі триває будівництво реактора ІТЕР, у якому, як сподіваються вчені, буде отримано першу "беззбиткову" термоядерну енергію за допомогою магнітного утримання.

Але нинішні експериментальні термоядерні реактори не призначені для вироблення електроенергії і поки що не зрозуміло, як створити такий реактор, як на АЕС.

Коли ж буде отримано термоядерну енергію у великій кількості?

За словами Саттера, на це питання відповісти дуже складно, адже взагалі поки що незрозуміло, чи зможуть науковці взагалі коли-небудь отримати стійкий і постійний термоядерний синтез.

"Хоча це не має наукового підґрунтя, я розцінюю шанси таким чином. Існує 10% ймовірність, що це станеться в наступні 20 років, існує 50% ймовірність, що це станеться в 22 столітті, існує 30% ймовірність, що це станеться впродовж наступних 100 років після цього, і є 10% ймовірність того, що це взагалі ніколи не станеться", — пише Саттер.

Астрофізик пояснює, звідки він узяв такі цифри. Саттер називає отримання термоядерної енергії величезним випробуванням для цілих поколінь людей. Людство вже реалізовувало подібні проєкти й раніше. Наприклад, можна згадати масштабні іригаційні проєкти на зорі людської історії, будівництво величезних храмів і міст, а також розвиток парової енергетики, залізниць і багато чого іншого.

"Зазвичай такі проєкти вимагають участі кількох поколінь людей. Іноді ми можемо прискорити наш прогрес і завершити його за короткий проміжок часу, якщо вкладемо в нього величезну кількість ресурсів і водночас нам справді пощастить", — пише Саттер.

Але водночас учений нагадує, що люди витрачали величезні ресурси на дослідження термоядерного синтезу в середині 20 століття, спрямовані на отримання енергії. Але в підсумку людство більше зусиль витрачало на створення бомб, а не електростанцій. Тому, коли напрямок досліджень у сфері електростанцій не просувався так швидко, починаючи з 1950-х років, він просто заглох і затягнувся.

Це означає, що дослідження термоядерного синтезу можуть затягнутися ще надовго, тож, можливо, приблизно через 100 років ми зможемо отримати термоядерну енергію в потрібному обсязі, вважає Саттер.

Як уже писав Фокус, експериментальний термоядерний реактор у Південній Кореї модернізували, і тепер він може довше підтримувати плазму температурою в 100 млн градусів Цельсія.