Нов метод за ядрен синтез не се нуждае от свръхвисоки температури

Учени са преразгледали концепцията за класическия термоядрен синтез, който човечеството отдавна се опитва да пресъздаде на Земята. Австралийският стартъп HB11 Energy е демонстрирал успешно нова технология, в основата на която лежат по-ранни теоретични разработки на известния австралийския физик-теоретик и съосновател на компанията Хайнрих Хора, за генериране на чиста енергия с помощта на високомощни и прецизни лазери. Те предизвикват термоядрени реакции между водород и бор-11, вместо да нагряват водородните изотопи до температури от стотици милиони градуси. Преди две години компанията е подала заявка за патентоване на технологията.

Как работи класическият термоядрен синтез?

Ядреният синтез (в случая говорим за термоядрен синтез) е реакция на сливане на леки атомни ядра в по-тежки, протичаща при свръхвисоки температури и придружена от освобождаване на огромни количества енергия. Тази реакция е противоположна на деленето на атомите: при последното се освобождава енергия поради разделянето на тежките ядра на по-леки.

Реакциите на синтез са фундаменталния енергиен процес, който захранва звездите, включително нашето Слънце. Там той се осигурява от водородни атоми, прегрети до десетки милиони градуси. От много години човечеството се опитва с мирни цели да повтори този процес тук, на Земята.

С какво новият подход е различен?

Използването на лазери вместо термоядрен синтез е било предвидено още през 70-те години на миналия век. Автор на идеята е австралийски физик-теоретик и съосновател на HB11 Energy, Хайнрих Хорa от Университета на Нов Южен Уелс. Новият начин за генериране на чиста енергия е коренно различен от повечето други реакции на синтез, които изискват нагряването на водородните изотопи до милиони градуси.

В HB11 използват различен подход. В качеството на горивни елементи се използват водород и бор-11, а за да започне реакцията на синтез, се използва ултрамодерен комплекс от високоточни и мощни лазери.

При първата демонстрация на концепцията реакцията на синтез от водород и бор е предизвикала 10 пъти повече термоядрени реакции на синтез от предварително очакваното. От компанията заявяват, че HB11 Energy се превръща в „глобален лидер в надпреварата за комерсиализация на Светия Граал на чистата енергия“.

Как това работи?

Пилотната инсталация представлява метална сфера, в централната част на която има малка горивна клетка. Има и специални отвори за работа на лазерни системи. Един от лазерите генерира магнитно поле, чиято задача е да задържа плазмата. Вторият е отговорен за започването на термоядрената верижна реакция.

В плазмата се инициират ядрени реакции между протони и ядрата на бор-11 (p-B синтез), които водят до появата в плазмата на α-частици. Плазмата се появява в резултат на работата на лазер от клас PW, който се цели в мишена от борен нитрид (BN) с дебелина 0,2 mm.

Високата скорост на реакция на р-В синтеза и следователно на големия поток от α-частици се създават и могат да се измерят благодарение на потока протони, който се ускорява на предната повърхност на мишената. Това е първият експеримент, който е потвърдил принципа на действие на лазерния синтез. Алфа-частиците, които се получават в резултат на реакцията, създават електрически ток, който на практика може веднага да бъде препратен към мрежата.

Впечатляващо е, че при водородно-борните реакции се използва безопасно и обичайно гориво, което не създава неутрони в първичната реакция. По този начин се генерират незначителни количества краткотрайни отпадъци и може да се осигури мащабна мощност за основната електрическа мрежа или за производството на водород. Поради липса на необходимост конструкцията не трябва да е оборудвана с топлообменник и турбина.

Целта?

В бъдеще подобни технологии за синтез могат да заменят традиционните енергийни източници. При доказване на възможността за практическо използване и мащабиране на системите за лазерен синтез, този метод може да се превърне в алтернатива на традиционния подход към термоядрения синтез и всички трудности, с които той се сблъсква, например при осъществяването на големия международния проект ITER. Известно е, че термоядреният синтез се разглежда като възможност де факто човечеството да използва безграничен източник на чиста енергия и по този начин да се помогне за решаването на много проблеми на нашата планета, включително и този с климатичните изменения.