Почему мы не используем ядерный синтез для создания энергии?

Атомные электростанции во всем мире работают по принципу ядерного деления, процесса, в котором атом расщепляется на более мелкие атомы, сопровождаемый высвобождением энергии, которая затем используется для нужд человека. Ядерный синтез, как вы уже могли знать, является противоположностью ядерного деления. Он также может генерировать огромное количество энергии, подобно делению.

Вы можете быть удивлены, заметив, что слияние на самом деле лучше, чем деление, когда дело доходит до генерирования энергии.

Почему слияние — лучший вариант, чем деление для генерации энергии?

Слияние намного лучше, чем деление из-за нескольких причин. Во-первых, ядерный синтез требует меньше топлива, чем деление. Кроме того, слияние осуществляется с использованием дейтерия (изотопа водорода) в качестве топлива, которое довольно распространено по своей природе. Напротив, топливо, необходимое для деления (уран, плутоний или торий), очень сложно получить — и оно безумно дорого!

Кроме того, в отличие от деления, ядерный синтез не образует радиоактивных отходов; он только создает атомы гелия как побочный продукт, который мы можем фактически использовать в наших интересах различными способами.

Поскольку слияние не приводит к цепной реакции, как может происходить с делением, практически нет риска расплавления в случае ядерного синтеза.

Итак, если слияние настолько лучше, чем деление во многих отношениях, почему мы до сих пор не используем ядерный синтез для производства энергии?

Вызовы против использования ядерного синтеза

Существует не одна, а несколько причин, которые остановили нас в прошлом и по-прежнему не позволяют нам использовать ядерный синтез для надежного производства энергии. Давайте рассмотрим некоторые из них:

Невероятно высокая потребность в энергии

Одной из главных причин, по которым мы не смогли использовать мощность от слияния, является то, что ее энергетические потребности невероятно высоки.

Для того, чтобы произошел синтез, вам нужна температура не менее 100 000 000 градусов Цельсия. Это чуть более чем в 6 раз превышает температуру ядра Солнца. Следует отметить, что экспериментальные термоядерные реакторы действительно существуют и работают! — но они потребляют больше энергии, чем они производят, что в основном делает бессмысленной цель генерации энергии с использованием слияния.

То есть нет никакого смысла в запуске ядерного реактора, если вы в конечном итоге затратите больше энергии, чем получите от него, не так ли?

Требования к материалам

Нужно не только много энергии, но также довольно сложно найти материалы, которые могут выдержать реакцию синтеза. Например, вам нужен специальный материал, который выдержит, когда его нагревают до таких высоких температур. Вам также понадобится много жидкого гелия для охлаждения всей установки.

Устойчивость и сдерживание реакции синтеза

Вам потребуется много избыточной энергии, чтобы поддерживать реакцию синтеза после ее начала. Таким образом, вы должны иметь возможность создавать достаточную избыточную энергию с начальной реакцией, чтобы она помогала другим атомам. В дополнение к этому вам нужна очень технологически сложная установка, чтобы обеспечить полную реакцию. Сегодня мы проводим реакции слияния в машине под названием токамак.

Токамак состоит из вакуумной камеры в форме пончика. Газ перекачивается в эту камеру, и электричество течет через центр, заставляя газ заряжаться и формировать плазму. Эта плазма удерживается в камере очень сильными магнитными полями.

Образование плазмы — это хорошо, потому что это то, что мы хотим, но плазма очень проводящая по своей сути. По существу, она начинает формировать свои собственные электромагнитные токи и поля, тем самым нарушая магнитные поля, которые пытаются сдержать ее внутри камеры. Нам еще предстоит выяснить надежный способ, с помощью которого плазменные токи могут самосогласоваться, позволяя им быть стабильными и безопасными.

Нам также необходимо найти материал, который может выдерживать такое большое количество тепла в течение длительного времени, чтобы реакция термоядерного синтеза сохранялась.

Металлургические проблемы

Реакции слияния создают высокоэнергетические нейтроны, которые попадают на стенки реактора. Слой реактора, который обращен к плазме, называется первой стеной. Такое излучение 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 создания термоядерных реакторов, чтобы его стены выдерживали экстремальные условия, которые они испытают.

Бюджет и социальное мнение

И последнее, но не менее важное — проблема денег. Все, что связано с ядерной энергетикой, обычно считается трудной идеей для продажи людям. Ставки на ядерный синтез сродни тому, чтобы делать многомиллиардные инвестиции без каких-либо гарантий успеха.

В дополнение к этому, существует социальная догма вокруг ядерной энергетики, которая заставляет многих полагать, что «ядерная энергия — это плохо». Во-первых, есть печально известная «опасность радиации». Это еще более усугубляется такими несчастными случаями, как Чернобыль, Фукусима и т. д. Также важно помнить, что многие люди связывают слово «ядерное» с оружием массового уничтожения (например, атомные бомбы, водородные бомбы), которые способны уничтожить целые города.

Хотя по правде говоря, ядерное (либо деление, либо слияние) является одним из самых «чистых» и безопасных источников энергии, доступных нам сегодня. Тем не менее, мы к сожалению пока находимся на расстоянии многих лет от того, чтобы сделать ядерный синтез технически и экономически жизнеспособным процессом. Как только сила ядерного синтеза будет освоена, нам больше не придется беспокоиться о том, что у нас не хватит энергии.