Горещ и студен ядрен синтез: Научен пробив или химера?

 

Текст: Радослав Тодоров

 

Човечеството е изправено пред едно от най-големите предизвикателства в своята история – намирането на чиста, устойчива и неограничена енергия. Изкопаемите горива не само замърсяват околната среда, но и са ресурс с крайни количества, а възобновяемите източници като слънчевата и вятърната енергия все още не могат да осигурят стабилност на глобалната електропреносна мрежа. В този контекст ядреният синтез – процесът, при който атомни ядра се сливат и освобождават огромно количество енергия – изглежда като идеалното решение.

За разлика от ядреното делене, използвано в настоящите атомни електроцентрали, синтезът не създава дълготрайни радиоактивни отпадъци, не крие риск от неконтролируеми верижни реакции и може да осигури практически неизчерпаем енергиен източник. Този процес е в основата на функционирането на звездите, включително и на нашето Слънце, но пресъздаването му на Земята е изключително сложно технологично предизвикателство.

През последните няколко десетилетия учените са фокусирани върху два основни подхода:
Горещ ядрен синтез – протича при свръхвисоки температури и налягания, изисквайки мощни магнитни или инерционни системи за задържане на плазмата.
Студен ядрен синтез – предполага, че подобен процес може да се случи при стайна температура чрез неясни и все още неустановени механизми.

Докато горещият синтез постепенно се приближава към практическа реализация, студеният синтез остава несигурна и оспорвана концепция, която разделя научната общност. Твърденията за студен синтез предизвикват вълна от ентусиазъм през 80-те години, но бързо са отхвърлени поради липса на надеждни експериментални доказателства. Въпреки това, малък брой учени продължават да изследват явлението, вярвайки, че може би нещо важно остава неразкрито.

Каква е реалността зад тези два подхода? Дали горещият синтез ще промени бъдещето на енергетиката, или студеният синтез крие неочакван пробив? Нека разгледаме научните факти и последните разработки в областта.

Горещ ядрен синтез: Технологията на бъдещето

Горещият ядрен синтез е процесът, при който леки атомни ядра – най-често изотопите на водорода, дейтерий (²H) и тритий (³H) – се сливат в по-тежки ядра, освобождавайки огромно количество енергия. Това е същият механизъм, който поддържа Слънцето и другите звезди светещи в продължение на милиарди години.

За да се случи ядрен синтез, атомните ядра трябва да се доближат достатъчно близо, за да преодолеят кулоновата бариера – електростатичното отблъскване между положително заредените протони в ядрата. Единственият начин да се постигне това на Земята е чрез нагряване на водородната плазма до изключително високи температури – над 100 милиона градуса по Целзий.

Как протича процесът?

Горещият синтез разчита на трите ключови параметъра на реакцията, известни като „троен продукт“ (nτT):
 n – Плътност на частиците: Колкото повече атоми на водорода се намират в даден обем, толкова по-голям е шансът те да се сблъскат и да реагират.
 τ – Време на задържане: Плазмата трябва да остане стабилна достатъчно дълго, за да могат реакциите да протекат ефективно.
 T – Температура: Тя трябва да е достатъчно висока, за да придаде необходимата кинетична енергия на ядрата и да им позволи да преодолеят електростатичното отблъскване.
За да се постигне устойчива реакция, стойността на тройния продукт трябва да бъде най-малко 5×10²¹ m⁻³·s·keV. Досега само няколко експериментални съоръжения са успели да достигнат подобни стойности.

Методи за осъществяване на горещ ядрен синтез

В лабораторни условия се използват два основни метода за осъществяване на ядрен синтез:

Магнитно задържане (Tokamak и Stellarator) – при този метод водородната плазма се загрява до свръхвисоки температури и се удържа с помощта на изключително мощни магнитни полета, тъй като никой материал не може да издържи на такива екстремни условия.
Най-известният експериментален реактор от този тип е ITER (Международен термоядрен експериментален реактор), който в момента се изгражда във Франция. Целта му е да демонстрира, че е възможно да се произведе 10 пъти повече енергия, отколкото е вложена в загряването на плазмата.

Инерциално задържане (Laser Fusion) – при този метод мощни лазери (като тези в National Ignition Facility (NIF), САЩ) компресират и нагряват малка капсула с гориво (смес от деутерий и тритий), докато тя не достигне условията за синтез.
През 2022 г. NIF постигна исторически пробив, като за първи път отчете енергиен добив от 2.5 мегаджаула при вложени 2.1 мегаджаула – доказателство, че синтезът може да бъде енергийно изгоден.

 

 

Цялата статия можете да прочетете в новия брой 189 на списание Българска Наука. Абонирайте се от тук.

"Наука за ученици, учители и родители"

Изтегли безплатно:

Включи се в списъка ни с имейли – получаваш броеве, статии, видеа и всичко, което правим за популяризирането на науката в България.

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 
Годишен абонамент
ВИЖ ПОВЕЧЕ
  • Безкрайно знание - списание, видеа, аудио, книги и т.н.
  • Достъп от всякъде
  • Социална мрежа за знание с хора като вас.

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.

БГ Наука
Powered by  GDPR Cookie Compliance
Правила на поверителност

Използваме „бисквитки“, за да персонализираме съдържанието и рекламите, да предоставяме функции на социални медии и да анализираме трафика си. Също така споделяме информация за начина, по който използвате сайта ни, с партньорските си социални медии, рекламните си партньори и партньори за анализ.

Можете да коригирате всички настройки на „бисквитките“, като отворите разделите вляво.