Термоядерна та ядерна енергія: фізик пояснює в чому різниця і що краще для нас
Приблизно 10% усієї енергії у світі отримують за допомогою ядерної енергетики, але вчені прагнуть також отримати майже безмежну термоядерну енергію.
Джерелом усієї ядерної енергії є енергія зв'язків атома. Енергія, яка зберігається в атомі, може бути отримана двома способами: за допомогою термоядерного синтезу або ядерного поділу. Ядерна енергетика забезпечує приблизно 10% усієї енергії у світі, але з термоядерною енергією, яка є чистішою та майже безмежною поки що не все так просто. Поки що фізики тільки намагаються її отримати в досить великому обсязі, щоб можна було її використовувати в комерційних цілях. У чому різниця між двома процесами отримання пояснює фізик Метью Хоул з Австралійського національного університету, пише ScienceAlert.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Процес ядерного поділу включає в себе розщеплення великих важких атомів на більш легкі. Термоядерний синтез, навпаки, передбачає об'єднання легших атомів у важчі. У будь-якому разі в результаті двох процесів виділяється багато енергії.
Що таке ядерний поділ?
Процес ядерного поділу лежить в основі роботи будь-якої АЕС у світі. Він відбувається, коли субатомна частинка нейтрон врізається в атом урану, і розщеплює його. Відбувається вихід більшої кількості нейтронів, які продовжують стикатися з іншими атомами і відбувається запуск ланцюгової ядерної реакції. Це призводить до виходу величезної кількості енергії. Для перетворення цієї енергії на електрику встановлюється теплообмінник, який перетворює воду на пару, що приводить у дію турбіну для вироблення енергії. Реакцію ядерного поділу можна контролювати, пригнічуючи подачу нейтронів.
Поки що головною проблемою процесу ядерного поділу залишається те, що побічні продукти такої реакції залишаються радіоактивними протягом тисяч років.
Що таке термоядерний синтез?
Термоядерний синтез — це процес, який дає змогу існувати Сонцю та зіркам. У ядрах зірок відбувається злиття атомів водню і в результаті відбувається вихід ще більшої кількості енергії, ніж під час ядерного поділу.
Тому фізики зараз активно працюють над тим, щоб створити не експериментальні, а комерційні термоядерні реактори, які стануть основою термоядерних електростанцій. Під час виробництва термоядерної енергії не залишається побічних радіоактивних відходів, а тому вона вважається чистою. При цьому така енергія також вважається майже безмежною і якщо навчитися її отримувати у великих масштабах, то це дасть змогу забезпечити всіх жителів Землі відносно дешевою енергією у величезних кількостях.
Наразі фізики експериментують із термоядерним синтезом за допомогою ізотопів водню — дейтерію та тритію. Але наразі вченим складно створити стійку довготривалу термоядерну реакцію, адже для цього потрібна дуже висока температура — 100 — 150 млн градусів Цельсія. За такої температури паливо для термоядерного синтезу перебуває у стані плазми.
Головним способом демонстрації стійкого термоядерного синтезу є тороїдальне магнітне утримання плазми. У цьому разі дуже гаряча плазма перебуває в реакторі у формі тора. Але цьому процесу потрібен постійний зовнішній нагрів і сильне магнітне поле.
Коли можна буде використовувати термоядерну енергію?
Головна проблема для фізиків полягає в тому, щоб отримати набагато більше енергії під час експериментів з термоядерним синтезом, ніж було витрачено на запуск самої реакції. У цьому плані є вже невеликі досягнення, але цього мало для того, щоб зробити виробництво термоядерної енергії масштабним процесом.
Зараз багато фізиків вважають, що комерційне використання термоядерної енергії не почнеться раніше 2050 року.
За словами Гоула, незважаючи на те, що деякі вчені вважають термоядерну енергію "рятувальним кругом" у боротьбі зі зміною клімату, вчений вважає, що це лише частина вирішення проблеми. Фізик каже, що потрібно терміново скорочувати викиди вуглекислого газу, щоб мінімізувати катастрофічний збиток для нашої планети.
Як уже писав Фокус, світ може залишитися без технології, що рятує життя і заощаджує мільйони. Забруднення повітря енергетичною промисловістю є серйозною проблемою по всьому світу, для якої вчені придумали неймовірно ефективне рішення. Однак цей пристрій може піти в минуле, якщо закон, що захищає його, буде скасовано.
Також Фокус писав про те, що нещодавно на Сонці стався новий спалах із найпотужнішого класу таких подій, що призвів до негативних наслідків на Землі.