Енергия от ядрен синтез – можем ли да построим звезда?

Енергия от ядрен синтез – можем ли да построим звезда?

Още с откриването на ядрения разпад – технологията, по която днес работят атомните електроцентрали – човечеството се опитва да изобрети технология, която да създава енергия по начинът, по който това се случва в звездите – чрез сливане на водородни атоми. Това би било много по-безопасно, но до днес се оказва (почти) непосилна задача.

Дали ще успеем, колко още ни остава и изобщо възможно ли е да построим истинска звезда в „домашни условия“.

Ядрена физика за начинаещи

Атомите се състоят от ядро и електронна обвивка. Ядрото е това, което осъществява реакциите и на разпад и на синтез, а електроните служат за „комуникация“ между отделните атоми. Ядрата на различните елементи са изградени от различен брой частици – протони и неутрони – като елементите, използвани при ядрения разпад са с много голям брой протони, които лесно се „разделят“, при което се отделя голямо количество енергия. Това е открито почти случайно през 1938 г., а процесът, преди да започнем да добиваме електричество чрез него, е използван в атомната бомба.

При ядрения синтез се използват атоми на водорода, елементът само с един протон. Сливайки се, два водородни атома създават елементът хелий, а останалата им маса се превръща в енергия. Именно това е енергията, която искаме да ползваме.

Звездна светлина

Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. Звездите се състоят предимно от водород. Под огромно налягане и при много висока температура, водородът там съществува във вид на плазма – четвъртото състояние на материята. При тези условия, водородните ядра се сливат. На този принцип са създадени всички останали познати химични елементи, а енергията отделена при процеса е причината звездите да светят.

Знаейки това, учените още от началото на 20 век се опитали да слеят две водородни ядра. Оказало се трудно, почти невъзможно синтезът да се осъществи в лаборатория.

Не правете това у дома

Независимо от първите неуспехи, през 40-те години на 20 век, заедно с ядрения разпад, започнали опити и по яден синтез, първоначално с военни цели – неуспешни – а след 50-те години вече и с цел извличане на енергия за мирни цели.

За ядрения синтез е необходимо атомите да се приведат в състояние на плазма – както е в звездите – чрез огромно налягане и висока температура. На Земята това се постига с много големи и силни електромагнити.

Бъдещето

От повече от 70 години в света се правят подобни опити – в Америка, Европа и Азия. Хиляди изследователи и инженери си партнират, за да създадат устройства, които да поддържат водорода в състояние на плазма, за де случва синтез, а и да може енергията да се отведе от системата. Успели сме да построим звезда, макар и малка, в сравнение с „естествените“.

За съжаление, към момента енергията необходима, за да достигнем условията за ядрен синтез е по-голяма отколкото отделената. Тоест, вместо да получаваме енергия от процеса, се налага да влагаме, за да го задвижим. Но с все по-нарастващата нужда от енергия, която не отделя въглеродни емисии, ядреният синтез със сигурност ще е част от бъдещето, въпросът е само колко скоро ще го имаме.