Търсенето на Свещения граал на енергетиката
Добре, нека поставим нещата в перспектива. Термоядрената енергия е, по същество, свещеният граал на чистата мощ. Тя е това, което захранва слънцето, не произвежда въглеродни емисии, създава минимални радиоактивни отпадъци и използва гориво, което е практически неограничено (водород, който може да се извлече от водата). Ако успеем да овладеем термоядрената реакция на Земята, ще имаме по същество неограничен, чист източник на енергия, който би могъл да поддържа цивилизацията в продължение на хилядолетия.
Защо тогава още нямаме термоядрени електроцентрали? Защото, приятели, е невероятно трудно да се постигне.
От над 70 години учените работят върху това, което се нарича „критерият на Лоусън“ – математическо правило, което им казва дали плазмата (свръхгорещата състояние на материята, в което се случва термоядрената реакция) може да остане достатъчно гореща и гъста за достатъчно дълго време, за да поддържа термоядрените реакции без нужда от постоянно външно нагряване. Представете си го като опит да поддържате огън в лагерен огън при невероятно сурови условия. Целта е да направите огъня достатъчно горещ, така че той сам да се подхранва.
Но ето едно нещо: този критерий казва на учените какви условия са им необходими, но не и как да стигнат до тях по най-ефективен начин.
Аналогията с планината, която наистина помага
Ето тук нещата стават интересни. Учените от Лабораторията за плазмена физика в Принстън — за които искрено мисля, че заслужават много повече внимание, отколкото получават — решиха да погледнат този проблем по различен начин.
Представете си, че пътят към термоядреното запалване е като планинска верига. Дестинацията (устойчивото термоядрено горене) е от другата страна. Традиционният подход е бил по същество опит да се изкачи директно през най-високия връх: първо да се направи плазмата свръхгъста, а след това да се вливат огромни количества топлина, докато настъпи запалването.
Но тези изследователи казаха: „Ами ако има планински проход? Път в обход?“
Техните нови изчисления предполагат, че такъв определено съществува. Вместо първо да увеличаваме плътността, какво ще стане, ако нагреем плазмата преди да я компресираме? Това е като да избереш да минеш през планински проход, вместо да се качваш директно през върха. Все още достигаш същото място, но използваш много по-малко енергия, за да стигнеш дотам.
Д-р Луис Делгадо-Апаричо го каза прекрасно: „Много компании искат да се качат директно на планината и да изразходват огромна енергия, за да стигнат дотам. Вместо това минете в обход на върха. Достигате до същото място по много по-умен начин и използвате много по-малко енергия.“
Какво е „седлото Кордей“?
Сега трябва да говоря за това, защото е наистина страхотно. Изследователите са идентифицирали нещо, наречено „седлото Кордей“, в своя математически ландшафт.
В географията седлото е ниска точка между два планински върха — по същество естествен проход през планините. В термоядрената физика седлото Кордей представлява най-ефективния път през границата между плазмата, която се нуждае от външно нагряване, и плазмата, която може да се поддържа сама чрез термоядрена реакция.
Ето един удобен начин да си го представите: учените измерват ефективността на термоядрената реакция чрез нещо, наречено „Q“. Стойност на Q = 5 означава, че термоядрените реакции произвеждат пет пъти повече енергия, отколкото вливате в тях. Седлото Кордей в идеализирана система се намира около Q=5 — което звучи като много, но всъщност това е лесният път през него. Проблемът е, че реалните термоядрени системи имат усложнения (примеси, интензивни магнитни полета), които изместват мястото, където се намира това седло.
Разбирането на това къде всъщност се намира това седло за всеки даден дизайн на реактор е от решаващо значение за определяне дали цялата конструкция е изобщо осъществима.
Защо това е важно за бъдещето
Това изследване може да има огромни последствия за дизайна на бъдещите термоядрени реактори, особено токамаците и стелараторите — устройствата с форма на понито, които използват мощни магнитни полета, за да у giữват плазмата при температури, по-горещи от ядрото на Слънцето.
Ето какво ме вълнува: живеем в наистина забележително време за термоядрени изследвания. Между това откритие на Принстън, историческия пробив на Националния завод за запалване (National Ignition Facility) с лазерното термоядрено запалване и милиардите, които се вливат в частни термоядрени компании, сме по-близо до практичната термоядрена енергия, отколкото някога досега.
Ще ни спаси ли термоядрената енергия от климатичните промени утре? Не. Това са все още сложни, скъпи технологии, които ще се появи след години. Но открития като това на Принстън могат да направят финалния етап от пътуването много по-кратък и по-евтин.
След седем десетилетия опити да се изкачат планината, се оказа, че може би от самото начало е имало живописен маршрут. А лично аз? Аз съм за това.
Източник: ScienceDaily