Почему мы еще не используем ядерный синтез для производства энергии?

Основная причина, по которой мы пока не используем ядерный синтез для выработки энергии, заключается в том, что поддерживать реакцию синтеза невероятно сложно. Энергетические потребности очень высоки, и трудно найти материалы, способные выдерживать такие высокие температуры. Кроме того, нам нужно много избыточной энергии, чтобы поддерживать реакцию синтеза, и нам еще предстоит найти способ самостоятельно сдерживать плазму, чтобы она была стабильной и безопасной.

Атомные электростанции по всему миру работают по принципу ядерного деления — процесса, при котором атом расщепляется на более мелкие атомы, что сопровождается выделением энергии, которая затем используется для питания других вещей. Ядерный синтез, как вы, возможно, уже знаете, является противоположностью ядерного деления. Он также может генерировать огромное количество энергии, как и при делении.

И ядерный синтез, и деление генерируют энергию.

Вы можете быть удивлены, узнав, что синтез на самом деле лучше, чем деление, когда речь идет о выработке энергии.

Рекомендуемое видео для вас:

Если вы хотите купить/лицензировать это видео, напишите нам по адресу admin@scienceabc.com.

Почему термоядерный синтез лучше, чем деление, для выработки энергии?

Слияние намного лучше, чем деление, во многих отношениях. Во-первых, для ядерного синтеза требуется меньше топлива, чем для деления. Кроме того, синтез осуществляется с использованием дейтерия (изотопа водорода) в качестве топлива, которого в природе довольно много. Напротив, топливо, необходимое для деления (уран, плутоний или торий), очень трудно достать и безумно дорого! Кроме того, в отличие от деления, ядерный синтез не производит никаких радиоактивных отходов; он производит только атомы гелия в качестве побочного продукта, который мы можем использовать в наших интересах различными способами.Поскольку синтез не приводит к неконтролируемым цепным реакциям, как это может быть при делении, в случае ядерного синтеза практически отсутствует риск расплавления. Итак, если синтез так хорош и во многих отношениях лучше, чем деление, почему мы уже не используем синтез для производства энергии?

Проблемы, связанные с выработкой энергии за счет ядерного синтеза

Есть не одна, а скорее пара вещей, которые останавливали нас в прошлом и до сих пор делают невозможным использование ядерного синтеза для надежного производства энергии. Давайте посмотрим на некоторые из них:

Невероятно высокая потребность в энергии

Одна из главных причин, по которой мы не смогли использовать энергию термоядерного синтеза, заключается в том, что его энергетические потребности невероятно, ужасно высоки. Для того, чтобы произошел синтез, нужна температура не менее 100 000 000 градусов по Цельсию. Это чуть более чем в 6 раз превышает температуру ядра Солнца. Следует отметить, что экспериментальные термоядерные реакторы существуют – и работают! — но они потребляют намного больше энергии, чем производят, что в основном противоречит цели получения энергии с помощью термоядерного синтеза. Я имею в виду, что нет никакого смысла эксплуатировать ядерный реактор, если в конечном итоге вы отдаете ему больше энергии, чем получаете обратно, верно?

Требования к материалам

Мало того, что потребность в энергии для запуска реакции синтеза невероятно высока, так еще и довольно сложно найти материалы, способные выдержать эту реакцию. Например, вам нужен специальный материал, который не сдвинется с места при нагревании до таких высоких температур. Вам также понадобится много жидкого гелия, чтобы охлаждать всю установку.

Поддержание и сдерживание реакции синтеза

Вам потребуется много избыток энергии, чтобы поддерживать реакцию синтеза после ее начала. Таким образом, вы должны быть в состоянии создать достаточно избыточной энергии с начальной реакцией, чтобы она помогла другим атомам слиться. Кроме того, вам нужна очень сложная, запутанная и плотно упакованная установка для проведения всей реакции.Сегодня мы проводим термоядерные реакции в машине, называемой токамак.

Токамак — это экспериментальная машина, предназначенная для использования энергии термоядерного синтеза. (Фото: ITER.org)

Токамак состоит из вакуумной камеры в форме бублика. В эту камеру закачивается газ, и через центр проходит электричество, в результате чего газ заряжается и образует плазму. Эта плазма удерживается внутри камеры очень сильными магнитными полями. Образование плазмы — это хорошо, потому что это то, чего мы хотим, но плазма обладает высокой проводимостью. По сути, он начинает формировать свои собственные электромагнитные токи и поля по мере того, как приближается, тем самым нарушая магнитные поля, которые пытаются удержать его в камере. Нам еще предстоит найти надежный способ самосдерживания плазменных токов, позволяющий им быть стабильными и безопасными. Нам также необходимо найти материал, способный выдерживать такое большое количество тепла в течение длительного времени, чтобы реакция синтеза продолжалась.

Металлургические проблемы

Реакции синтеза производят высокоэнергетические нейтроны, которые ударяются о стенки реактора. Слой реактора, обращенный к плазме, называется первая стена. Этот вид излучения приводит к тому, что большинство легирующих элементов, обычно используемых в стали, становятся радиоактивными. На данный момент мы точно не знаем, какие материалы мы должны использовать для строительства термоядерных реакторов, чтобы его стенки выдерживали экстремальные условия, в которых они будут находиться.

Бюджет и социальная стигма

И последнее, но не менее важное — это обязательная денежная проблема. Все, что связано с ядерной энергетикой, обычно считается сложной идеей для продажи в массы. Ставка на ядерный синтез сродни многомиллиардным инвестициям без гарантия успеха. Вдобавок к этому вокруг ядерной энергетики существует общественное клеймо, из-за которого многие считают, что «ядерная энергия — это плохо». Во-первых, это пресловутая «радиационная опасность». Это еще больше усугубляется несчастными случаями, такими как Чернобыль, Фукусима и т. д.Также важно помнить, что многие люди ассоциируют слово «ядерный» с оружием массового поражения (например, атомными бомбами, водородными бомбами и т. д.), которое способно стереть с лица земли целые города. По правде говоря, ядерная энергия (деление или синтез) — один из самых «чистых» и безопасных источников энергии, доступных нам сегодня. Однако нам еще далеко до превращения ядерного синтеза в технически и экономически жизнеспособный процесс. Как только мощность синтеза будет задействована и будет контролироваться, нам больше не придется беспокоиться о том, что она закончится… никогда!