Ученые объявили во вторник, что они впервые произвели больше энергии в реакции синтеза, чем было использовано для ее зажигания, — крупный прорыв в многолетних попытках использовать процесс, который питает солнце.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии достигли результата на прошлой неделе, сообщило министерство энергетики. Цель, известная как чистый прирост энергии, была недостижимой, потому что синтез происходит при таких высоких температурах и давлениях, что его невероятно трудно контролировать.

По словам министра энергетики Дженнифер Грэнхольм и других официальных лиц, прорыв проложит путь к достижениям в области национальной обороны и будущему чистой энергии.

«Зажигание позволяет нам впервые воспроизвести определенные условия, которые можно найти только в звездах и на Солнце, — сказал Грэнхольм на пресс-конференции в Вашингтоне. «питание нашего общества».

Зажигание термоядерного синтеза — «один из самых впечатляющих научных достижений 21 века», — сказал Грэнхольм, добавив, что прорыв «войдет в учебники истории».

Выступая вместе с Грэнхольмом, научный советник Белого дома Арати Прабхакар назвал взрыв термоядерного синтеза, достигнутый 5 декабря, «потрясающим примером того, чего действительно можно достичь с помощью настойчивости» и «невероятным чудом инженерной мысли».

Сторонники термоядерного синтеза надеются, что однажды он сможет заменить ископаемое топливо и другие традиционные источники энергии. До производства безуглеродной энергии, которая питает дома и предприятия от термоядерного синтеза, еще далеко. Но исследователи говорят, что это объявление стало значительным шагом вперед.

«Это похоже на выстрел стартового пистолета», — сказал профессор Деннис Уайт, директор Центра изучения плазмы и термоядерного синтеза в Массачусетском технологическом институте и руководитель исследований в области термоядерного синтеза. «Мы должны стремиться к тому, чтобы сделать системы термоядерной энергии доступными для решения проблемы изменения климата и энергетической безопасности».

Ким Будил, директор Ливерморской лаборатории, сказал, что существуют «очень серьезные препятствия» для коммерческого использования термоядерной технологии, но достижения последних лет означают, что технология, вероятно, будет широко использоваться «через несколько десятилетий», а не через 50 или 60 лет. как ожидалось ранее.

Процесс термоядерного синтеза заключается в сжатии атомов водорода друг с другом с такой силой, что они объединяются в гелий, высвобождая огромное количество энергии и тепла. В отличие от других ядерных реакций, она не создает радиоактивных отходов.

Президент Джо Байден назвал прорыв хорошим примером необходимости продолжать инвестировать в исследования и разработки. «Посмотрите, что делает Министерство энергетики на ядерном фронте. На горизонте много хороших новостей», — сказал он в Белом доме.

Миллиарды долларов и десятилетия работы ушли на исследования термоядерного синтеза, которые дали волнующие результаты — за доли секунды. Ранее исследователи из National Ignition Facility, подразделения Лоуренса Ливермора, где произошел успех, использовали 192 лазера и температуры, в несколько раз превышающие температуру центра Солнца, чтобы создать чрезвычайно короткую термоядерную реакцию.

Лазеры фокусировали огромное количество тепла на миниатюрной сферической капсуле, сказал Марвин Адамс, заместитель администратора Национального управления ядерной безопасности, агентства Министерства энергетики. Результатом стала среда с перегретой плазмой, в которой реакция генерировала примерно в 1,5 раза больше энергии, чем содержалось в свете, используемом для ее производства.

Риккардо Бетти, профессор Университета Рочестера и эксперт в области лазерного синтеза, сказал, что впереди долгий путь, прежде чем чистый прирост энергии приведет к устойчивому электричеству.

Он сравнил прорыв с тем, когда люди впервые узнали, что переработка нефти в бензин и ее воспламенение могут привести к взрыву. «У вас все еще нет ни двигателя, ни шин», — сказала Бетти. «Нельзя сказать, что у тебя есть машина».

Достижение чистого прироста энергии относилось к самой реакции синтеза, а не к общему количеству энергии, необходимой для работы лазеров и запуска проекта. Чтобы термоядерный синтез был жизнеспособным, он должен производить значительно больше энергии и в течение более длительных периодов времени.

Будил сказала, что люди иногда шутят, что ливерморская лаборатория, известная как LLNL, «расшифровывается как «Лазеры, лазеры, ничего, кроме лазеров».

Невероятно сложно контролировать физику звезд. Уайт сказал, что топливо должно быть горячее, чем центр Солнца. Топливо не хочет оставаться горячим — оно хочет вытечь и остыть. По его словам, его сдерживание является сложной задачей.

Результаты калифорнийской лаборатории превзошли все ожидания, сказал Джереми Читтенден, профессор Имперского колледжа в Лондоне, специализирующийся на физике плазмы.

Хотя предстоит пройти долгий путь, чтобы превратить термоядерный синтез в полезный источник энергии, сказал Читтенден, достижения лаборатории вселяют в него оптимизм, что когда-нибудь она может стать «идеальным источником энергии, каким мы его представляли» — таким, который не выделяет углерода и работает об изобилии водорода, который можно извлечь из морской воды.

Один из подходов к термоядерному синтезу превращает водород в плазму, электрически заряженный газ, которым затем управляют огромные магниты. Этот метод изучается во Франции в рамках сотрудничества между 35 странами под названием «Международный термоядерный экспериментальный реактор», а также исследователями из Массачусетского технологического института и частной компании.

В прошлом году команды, работающие над этими проектами на двух континентах, объявили о значительных достижениях в жизненно важных магнитах, необходимых для их работы.

Кэролин Куранц, профессор Мичиганского университета и физик-экспериментатор плазмы, надеялась, что результат поможет привлечь «повышенный интерес и активность» к исследованиям в области термоядерного синтеза, в том числе со стороны частного сектора, который, по ее словам, и другие, будут необходимы для подачи термоядерной энергии в сеть.

«Если мы хотим предотвратить дальнейшее изменение климата, нам понадобятся различные варианты производства энергии», — сказал Куранц. «И ядерная энергия — как расщепление, так и термоядерный синтез — действительно должна быть частью этого уравнения. Мы не добьемся этого только с помощью возобновляемых источников энергии».