Эсме Сталлард
BBC News Климат и наука

Американские ученые достигли важной вехи в своих попытках усовершенствовать процесс, который потенциально может обеспечить почти неограниченные запасы энергии.

Ядерный синтез не зависит от ископаемого топлива и не производит вредных парниковых газов, поэтому он также может помочь в борьбе с изменением климата.

Что такое ядерный синтез?

Ядерный синтез — это процесс, который дает Солнцу энергию.

Ученые из более чем 50 стран пытались воссоздать его на Земле с 1960-х годов.

Они надеются, что в конечном итоге он сможет обеспечить мир огромным количеством чистой энергии.

При ядерном синтезе пары крошечных частиц, называемых атомами, нагреваются и объединяются, чтобы сделать одну тяжелее.

Это противоположно ядерному делению, при котором тяжелые атомы расщепляются. Атомные электростанции в настоящее время используют ядерное деление для производства электроэнергии.

Почему ядерный синтез так важен?

В результате ядерного деления образуется много радиоактивных отходов, которые могут быть опасны и должны храниться безопасно — потенциально в течение сотен лет.

Отходы, образующиеся в результате ядерного синтеза, менее радиоактивны и разлагаются гораздо быстрее.

Ядерный синтез не нуждается в ископаемом топливе, таком как нефть или газ. Он также не производит парниковых газов, которые удерживают солнечное тепло и являются причиной изменения климата .

В большинстве термоядерных экспериментов используется водород, который можно дешево извлечь из морской воды и лития, а это означает, что запасов топлива может хватить на миллионы лет .

Его называют «Святым Граалем» производства энергии.

Как работает ядерный синтез?

Когда два атома легкого элемента, такого как водород, нагреваются и объединяются, образуя один более тяжелый элемент, такой как гелий, ядерная реакция производит огромное количество энергии, которую можно захватить.

Но совместить два одинаковых элемента на самом деле очень сложно.

Поскольку они имеют одинаковый положительный заряд, они естественным образом отталкиваются друг от друга.

Для преодоления этого сопротивления требуется много энергии.

На Солнце это происходит благодаря экстремально высоким температурам, около десяти миллионов градусов по Цельсию, и значительному давлению — более чем в 100 миллиардов раз превышающему давление земной атмосферы.

На Земле ученые использовали различные методы, чтобы попытаться воссоздать эти условия.

Но оказалось очень трудно поддерживать высокую температуру и давление, необходимые достаточно долго.

Национальная организация по воспламенению США (NIF) объявила об успешном использовании 192-лучевого лазера для превращения небольшого количества водорода в энергию, достаточную для питания 15-20 чайников .

Это означает, что впервые ученые смогли генерировать больше энергии, чем лазеры, использованные в эксперименте.

Когда станет возможен крупномасштабный ядерный синтез?

Несмотря на ряд многообещающих прорывов за последние несколько лет, до крупномасштабного ядерного синтеза еще несколько лет.

В феврале европейские ученые из британской лаборатории JET побили собственный мировой рекорд по количеству энергии, произведенной за пять секунд .

Но даже успешный эксперимент NIF в США не произвел больше энергии, чем было необходимо для того, чтобы лазеры заработали, а исследовательская программа, направленная на достижение этой цели, стоила миллиарды долларов.

Хотя физики приветствовали результаты США и назвали их настоящим прорывом, они отмечают, что требуется еще много работы, прежде чем ядерный синтез можно будет использовать для питания домов или предприятий.

Теперь ученые сосредоточатся на более быстром и дешевом воспроизведении термоядерного синтеза.

Насколько безопасен ядерный синтез?

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) назвало ядерный синтез «искробезопасным».

Условия, необходимые для запуска и поддержания реакции синтеза, настолько экстремальны, что она не может выйти из-под контроля.

«Термоядерный синтез — это самоограничивающийся процесс: если вы не можете контролировать реакцию, машина отключается», — пояснила Сехила Гонсалес де Висенте из МАГАТЭ.

Более низкий уровень радиоактивных отходов, образующихся в результате этого процесса, по сравнению с ядерным делением, также намного проще в обращении и хранении.

Может ли ядерный синтез помочь справиться с глобальным потеплением?

Ядерный синтез не зависит от ископаемого топлива, такого как нефть или газ, и не производит парниковых газов, которые вызывают глобальное потепление.

В отличие от солнечной или ветровой энергии она не зависит от благоприятных погодных условий.

Он использует два относительно распространенных материала, найденных на Земле: литий и водород.

Широкомасштабное использование термоядерного синтеза может помочь странам достичь своих целей по производству «чистых нулевых» выбросов к 2050 году .

Однако пройдет много лет, прежде чем недавние экспериментальные успехи смогут быть существенно расширены.