Физики из Китайской академии наук сделали важный шаг на пути к созданию термоядерной энергетики: на экспериментальном сверхпроводящем токамаке (EAST) в Хэфэе впервые удалось преодолеть так называемый предел Гринвальда. Действительно ли мир приблизился к "искусственному Солнцу" и почему Илон Маск считает эти усилия "суперглупыми" — в материале РИА Новости.

Нарушили правило

Солнце светит и греет, потому что атомы водорода сливаются, образуя гелий. "Побочный эффект" — огромное количество энергии. Синтез происходит за счет того, что в ядре звезды возникают колоссальное давление и экстремально высокая температура. Воспроизвести этот процесс на Земле сложно: гравитацию светила не повторить, а значит, вещество придется либо сильно сжать, либо раскалить до температур, многократно превышающих солнечные. Но в последнем случае плазму не удержит ни один известный материал.

Чтобы обойти эти ограничения, советские ученые придумали токамак — "тороидальную (то есть в форме бублика) камеру с магнитными катушками". Согласно этой концепции, плазма внутри удерживается от соприкосновения со стенками с помощью магнитного поля.

Однако за 70 лет (токамак изобрели в 50-х) теорию так и не воплотили в жизнь: все действующие установки такого типа — экспериментальные. Для того чтобы появилась коммерческая электростанция, работающая за счет ядерного синтеза, предстоит решить целый ряд научных и инженерных задач.

Так, необходимо достичь чрезвычайно высокой плотности плазмы. Это одно из ключевых условий так называемого критерия Лоусона для получения энергии. Однако долгие годы существовало эмпирическое правило — предел Гринвальда, выше которого плазма становится нестабильной, тогда реакция срывается. Ученые из Китайской академии наук нашли способ это правило нарушить. Их работа опубликована в журнале Sciences Advances.

"Максимально близко"

Исследователи опирались на недавно разработанную теорию, которая объясняет, почему в реакторе нельзя бесконечно повышать плотность плазмы. Все дело в стенках: раскаленный шнур внутри тороидальной камеры выбивает из них примеси, которые "охлаждают" и в конечном счете срывают реакцию. Согласно этой теории, реально найти такой режим, где стенка почти не портит плазму, и тогда плотность можно сильно увеличить.

Эксперимент на токамаке EAST это подтвердил. Ученые, сильнее нагрев плазму в начале и увеличив количество газа, смогли снизить температуру у стенок. Это уменьшило поступление примесей в плазму, которая сохраняла стабильность при рекордно высокой плотности, как и предсказывала теория. В серии экспериментов средняя плотность превысила предел Гринвальда на 30 и 65 процентов.

По словам ведущего автора исследования Чжу Пина из Хуачжунского университета науки и технологий, команде удалось найти практичный, а главное, масштабируемый путь увеличения предельных значений плотности в термоядерных установках.

А французский физик-теоретик Жеронимо Олайя на страницах Nature заявил, что "результаты очень многообещающие и должны быть изучены на других токамаках".

Российские же коллеги прокомментировали работу сдержанно. "Хотя такой шаг и не выглядит очень глобальным, но он значим, поскольку современные установки работают уже максимально близко к требуемым для реактора характеристикам", — говорит РИА Новости заведующий кафедрой физики плазмы МИФИ Юрий Гаспарян.

Он отмечает, что в последние годы в термоядерной энергетике целая серия рекордов — и по длительности удержания, и по температуре.

"Однако каждый новый шаг сегодня упирается в пределы существующих установок. Дальнейший прогресс требует уже следующих поколений реакторов, — продолжает ученый. — Сейчас, например, запущена крупнейшая установка JT-60SA в Японии; вскоре ожидается запуск международного реактора ITER, а Китай амбициозно планирует к концу 2027 года ввести в строй новую установку BEST, которая, возможно, впервые продемонстрирует Q>1, то есть выход термоядерной энергии, превышающий затраты на нагрев плазмы".

Однако вместе с развитием этого направления усиливаются и голоса скептиков "термояда": недавно их лагерь пополнился сильной фигурой.

"Жалкие реакторы"

В декабре глава компаний SpaceX и Tesla Илон Маск написал в собственной соцсети Х, что у человечества уже есть готовый "термоядерный реактор" — Солнце и нужно лишь научиться правильно использовать его энергию.

"Солнце — это огромный бесплатный термоядерный реактор на небе. Создавать крошечные термоядерные реакторы на Земле — полная глупость. Прекратите тратить деньги на эти жалкие реакторы", — заявил бизнесмен.

В отличие от американского миллиардера, Гаспарян оценивает перспективы термоядерной энергетики позитивно.

"Движение, безусловно, есть, и в последние годы наметилась новая волна научной гонки, где участники подстегивают друг друга. Особый драйв внес Китай, что дало стимул для развития и другим странам. Однако путь до коммерческого реактора, который будет не только производить энергию, но и делать это рентабельно, пока еще измеряется десятками лет", — говорит эксперт.

Впрочем, идею Маска о том, чтобы размещать в космосе установки для лучшего извлечения энергии Солнца, физик также не отметает.

"Что касается альтернатив, таких как космические солнечные электростанции, то интерес к ним, безусловно, будет сохраняться, особенно пока термоядерный синтез остается задачей будущего. Если найдется эффективный и экономичный способ передачи энергии, это будет прорывом", — говорит он.

Возможно, если Маск и его сторонники перейдут от слов к делу, то вслед за "лунной гонкой" может появиться "солнечная" — и она, вероятно, пойдет на пользу человечеству, независимо от исхода.