FT: американцы добились прироста чистой энергии в термоядерном синтезе и совершили прорыв

Прорыв американских ученых в термоядерной энергии укрепляет надежды на чистое электричество
FT: американцы добились прироста чистой энергии в термоядерном синтезе и совершили прорыв
Министр энергетики США Дженнифер Гранхольм объявит во вторник о "крупном научном прорыве" в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, сообщает FT. Ученым удалось добиться термоядерной реакции с приростом энергии. Мир приблизился к получению экологически чистой и дешевой энергии.
Том Уилсон (Tom Wilson)
Financial Times, Великобритания
12 декабря 2022


Целевой отсек NIF в Ливерморской национальной лаборатории, Калифорния, © AP Photo / Damien Jemison

Ученые американского правительства совершили прорыв в поисках безграничной энергии с нулевым выбросом углерода, впервые в истории добившись выработки в реакции термоядерного синтеза, сообщают трое людей, осведомленных с предварительными результатами недавнего эксперимента. Начиная с 1950-х годов физики пытаются использовать питающую Солнце реакцию синтеза, но ни один ученый коллектив так и не смог произвести в результате реакции энергии больше затраченной. Эта веха под названием чистый прирост возвестила бы о надежной и доступной альтернативе ископаемому топливу и традиционной ядерной энергетике.

Федеральная Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса в Калифорнии использует так называемый термоядерный синтез с инерционным удержанием — при этом крошечная частичка водородной плазмы бомбардируется крупнейшим в мире лазером. В ходе эксперимента за последние две недели удалось добиться чистого прироста энергии. Даже при том, что многие ученые считают, что создание термоядерных электростанций станет возможным лишь спустя десятилетия, потенциал этой технологии трудно переоценить. Реакции термоядерного синтеза не выделяют ни углерода, ни радиоактивных отходов с долгим периодом полураспада, а небольшая чашка водородного топлива теоретически может питать дом в течение сотен лет. Американский прорыв свершился в момент, когда мир столкнулся с высокими ценами на энергию и необходимостью скорейшего отказа от ископаемого топлива, чтобы не допустить опасного скачка средних мировых температур. В соответствии с Законом о снижении инфляции администрация Байдена вложит в новые субсидии на низкоуглеродную энергетику почти 370 миллиардов долларов — это поможет сократить выбросы и выиграть глобальную гонку за чистые технологии следующего поколения. Реакция синтеза на правительственном объекте США произвела около 2,5 мегаджоулей энергии — порядка 120% от 2,1 мегаджоулей использованной энергии лазера, сообщили осведомленные источники, подчеркнув при этом, что анализ данных не закончен. Министерство энергетики США заявило, что во вторник министр Дженнифер Гранхольм и замминистра по ядерной безопасности Джилл Хруби объявят о "крупном научном прорыве" в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. От дальнейших комментариев в ведомстве отказались.

Лаборатория подтвердила успешный эксперимент в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций, но подчеркнула, что анализ результатов продолжается.
"Первые диагностические данные свидетельствуют об еще одном успешном эксперименте в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций. Однако точная выработка все еще определяется, и мы не можем подтвердить, что на сегодняшний момент она превышает пороговое значение, — говорится в сообщении. — Анализ еще не завершен, поэтому от преждевременной публикации информации мы воздержимся". Два осведомленных источника сообщили, что выход энергии превысил ожидаемый, повредив часть диагностического оборудования и затруднив анализ. При этом прорыв уже широко обсуждается учеными, добавили источники. "Если это подтвердится, мы станем свидетелями исторического момента, — сказал доктор Артур Таррелл, плазменный физик и автор книги "Звездные строители" об истории термоядерной энергии. — Ученые с 1950-х годов никак не могли доказать, что термоядерный синтез сможет высвободить энергии больше затраченной, и похоже, что исследователи из Ливерморской лаборатории имени Лоуренса наконец-то этой давней цели достигли".

Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций стоимостью 3,5 миллиарда долларов изначально строился для испытаний ядерного оружия через имитацию взрывов, но с тех пор использовался для исследований в области термоядерной энергии. В прошлом году он ближе всех в мире подобрался к чистому приросту энергии, произведя в результате реакции синтеза 1,37 мегаджоулей — порядка 70% затраченной энергии лазера. Представляя новую стратегию Белого дома по термоядерной энергетике, конгрессмен и председатель двухпартийной рабочей группы Дон Бейер назвал эту технологию "святым Граалем" чистой энергии, добавив: "Термоядерный синтез выведет из нищеты столько людей по всему миру, что это будет сопоставимо лишь с добычей огня".

Большинство исследований в этой области сосредоточено на другом подходе — так называемом синтезе с магнитным удержанием. При нем водородное топливо удерживается на месте мощными магнитами и нагревается настолько, что атомные ядра сливаются. Исторически эти исследования вели крупные государственные лаборатории формата ДЖЭТа или Объединенного европейского токамака в Оксфорде, но в последние годы инвестиции хлынули и в частные компании, которые сулят выработать термоядерную энергию уже в 2030-х. По данным Ассоциации термоядерного синтеза, за год до конца июня компании из этой области привлекли 2,83 миллиарда долларов инвестиций, в результате чего общий объем инвестиций частного сектора на сегодняшний день достиг почти 4,9 миллиарда. Николас Хоукер, исполнительный директор стартапа First Light Fusion из Оксфорда, чей подход аналогичен Ливерморской национальной лаборатории, назвал это событие прорывным. "Сложно себе представить более глубокий момент для термоядерной энергетики", — заключил он.

Статья написана при участии Дэвида Шеппарда и Дерека Брауэра

Проект начался в начале 1990-х, в него вложено около 2 ярдов федеральных денег в виде прямых затрат плюс около 4 ярдов федеральных денег в виде сопутствующих расходов по программам поддержки малого бизнеса, участвовавшего в изготовлении всяких мелких деталек. Создано много уникальных технологий. 20 лет мир лазерщиков не только США питался от этой программы.

В 2014 году лазер, который строили почти 20 лет, таки запустили, нажали кнопку, жахнули и получили... громкий пук. С тех пор так и продолжается эта история. Не выходит у Данилы каменный цветок. (С). А им отчитываться в мин энергетики надо, потому как некрасиво получится на весь мир - денег вбахали почти 6 ярдов, а оно не взлетает... Все, кто знали об ожидаемом провале (в основном - начальство), начали сваливать из Ливермора в 2013 году ещё до первого теста и разбежались по разным тёплым местам. Чуйке этих сбежавших начальнков я доверяю больше, чем парадным реляциям "учОных из Ливермора".

Если коротенечко, то идея проекта в том, чтобы одновременно жахнуть по металлическому контейнеру всеми лазерными пуками, превратить его в плазму, которая, расширяясь, сожмёт упакованный внутри контейнера дейтерий (или тритий в некоторых вариантах) до той плотности, что будет достаточна для инициирования цепной термоядерной реакции, То есть, ядра дейтериев (это - радиоактивный изотоп водорода) должны сливаться в экстазе, образуя ядра атомов гелия. Ну и нейтроны должны переть во все стороны. Отличие от неуправляемой рекции, которая реализуется в термоядерной бомбе, в том, чтобы регулировать поток нейтронов и скорость реакции. Ключевым в этом яляется именно поток нейтронов. Если он слабоват, то реакция получится, нейтроны полетят, но оно всё затухнет раньше, чем сольются все ядра дейтериев. Соответственно, чем дольше идёт реакция, тем больше энергии получается на выходе. В идеале должен выгореть весь заряд дейтерия в контейнере.

Чтобы было понятно, горение дров - тоже цепная реакция. Если дрова горят фигово, то надо постоянно их зажигалкой подпаливать, а они всё равно будут тухнуть. При удачной цепной реакции надо запалить дрова один раз и идти пиво пить, они дальше сами будут гореть. Есть в ядерной физике по этому поводу знаменитый критерий Лоусона - сколько нейтронов надо сгенерить, чтобы зажечь цепную реакцию. Так вот, пару месяцев назад эти самые "учОные из Ливермора" (скоро станет мемом, как "британские учОные") опубликовали статью, в которой подправили критерий Лоусона в сторону уменьшения. Ну, типа, надо немного поменьше нейтронов, чем классики сказали. И тогда всё будет хОКЕЙ.

Вот по этому "урезанному" критерию Лоусона у них действительно всё получается - и реакция загорается в отчётах, и энергия превышает затраты в моделировании. Тут ведь дело в том, по каким критериям интерпретировaть результаты измерений... Вот только мать-природу обмануть трудно. И идеально синхронизовать 192 лазерных импульса, которые проходят на пути к мишени несколько метров, с точностью до десятых пикосекунды не получается. Посему плазма утекает из мишени, нейтроны летят, но до нормального критерия Лоусона не дотягивают, и реальной цепной реакции не получается... И приходится постоянно зажигалкой дровишки подпаливать. Но вот обрадовать незатейливых акционеров можно и урезанным критерием Лоусона. А в США уже реально есть акционерные общества, готовящие проекты термоядерных станций.

А ведь им ещё на этапе конкурса в 1992 году говорили - не взлетит. А они не верили. А теперь приходится изображать удачу за удачей. (c)
https://glav.su/forum/4/16?page=42858