Зараз ми стикаємося з величезними проблемами, пов'язаними з енергетикою. З одного боку, зростає потреба в дешевих ресурсах для розвитку економіки, науки і технологій. З іншого, традиційні джерела енергії, такі як нафта, вугілля і газ, виснажуються і забруднюють навколишнє середовище. Тому необхідно шукати нові, чисті, безпечні та ефективні способи отримання "двигуна прогресу".
Одним із таких способів є термоядерний синтез - процес, під час якого легкі атомні ядра об'єднуються в більш важкі, звільняючи при цьому величезну кількість енергії.
Такий процес відбувається в зірках, включно із Сонцем, і забезпечує їхнє світіння на довгі роки. Якби ми могли відтворити керований термоядерний синтез на Землі, тоді б отримали практично невичерпне джерело енергії, яке не забруднювало б атмосферу вуглекислим газом та іншими шкідливими речовинами.
Однак запустити термоядерний синтез на Землі - неймовірно складне завдання, яке потребує розв'язання безлічі наукових і технологічних проблем.
Для того, щоб відбулася реакція синтезу, потрібно створити умови, за яких ядра долають кулонівський бар'єр - силу електричного відштовхування між ними. Для цього потрібно нагріти речовину до дуже високої температури - близько 100 мільйонів градусів Цельсія - і деякий час підтримувати її в стані плазми, гарячого зарядженого газу.
Крім того, потрібно утримувати плазму в замкнутому просторі, щоб збільшити ймовірність зіткнення ядер.
Для досягнення цих цілей використовуються різні методи і пристрої. Один із них - магнітний конфайнмент - заснований на створенні магнітного поля навколо плазми, яке запобігає її контакту зі стінками реактора.
Інший - інерціальний конфайнмент - заснований на стисненні плазми за допомогою лазерних імпульсів або інших видів випромінювання.
Третій - мюонний каталіз - заснований на використанні мюонів, елементарних частинок, що заміняють електрони в атомах і дають змогу ядрам наблизитися одне до одного.
В принципі, на практиці, ми вже можемо контролювати термоядерні реакції. 2022 і 2023 роки в цьому плані виявилися "проривними". Інша річ, що він не виробляє більше енергії, ніж споживає.
Науковці кажуть, що знадобиться ще років 20, щоб технологія стала, принаймні, прибутковою, хоча й дуже дорогою.
Що нам необхідно?
Нам не варто плекати особливих ілюзій: термоядерний синтез дійсно складна технологія, й нам не вистачає багатьох матеріалів, щоб безпечно запустити його на Землі.
Перш за все: у нас немає ні металу, ні матеріалу, з якого можна виготовляти контейнер для проведення реакції ядерного синтезу.
Тепло, що виділяється, і тиск настільки великі, що жоден метал або контейнер не витримає тепловіддачі та тиску, що виникають у результаті реакції ядерного синтезу.
Дійсно, постійно підтримувати температуру в діапазоні 150 млн градусів Цельсія зараз не є можливим...
Хоча... після того, як вдалося створити на Землі мініатюрну зірку, треба придумати, як її стиснути. Щоб подолати кулонівський бар'єр, доклавши колосального тиску.
На Сонці з цим завданням справляється гравітація, але в земних умовах потужностей таких пристроїв, як токамаки і стеларатори, явно не вистачає.
Далі, припустимо, що нам вдалося нагріти і стиснути плазму. Тоді нам залишиться вирішити завдання з її утримання. Одна справа - створити мікроскопічну зірку, яка живе майже мить, а зовсім інша - не дати їй розплавити все навколо.
Для цього ми використовуємо магнітні поля, які не дають плазмі торкатися стінок реактора. Що вимагає, м'яко кажучи, додаткових енерговитрат.
І, нарешті, ми підходимо до питання про чистий приріст енергії. Мета, звичайно ж, полягає в тому, щоб отримати більше енергії, ніж на її виробництво. І ось тут у нас поки що нездоланне завдання, оскільки ми не знаємо, як досягти ефектів, що супроводжуються гравітацією.
До того ж у нас немає права на помилку. Другої Землі, щоб спокійно експериментувати.
Тому зазначені 20 років - це, швидше, наші побажання. У тому числі щодо комерційної ефективності. Якщо за електрику доведеться платити колосальні гроші, то така технологія нікому не потрібна.
