How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

Переводчик: Natalia Savvidi Редактор: Rostislav Golod

In the time it takes to snap your fingers,

Стоит только щёлкнуть пальцами,

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

и за это время Солнце высвободит энергию,

достаточную, чтобы обеспечить энергией

всю нашу цивилизацию на ближайшие 4 500 лет.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

Естественно, учёные и инженеры работают над тем, чтобы создать

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

миниатюрное солнце здесь, на Земле, и подключить его к глобальной электросети.

And the thing is, we already kind of have.

Дело в том, что в каком-то смысле такое солнце у нас уже есть.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

Просто такое мини-солнце не похоже

на крошечную звезду, летающую по лаборатории.

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

Звёзды состоят из неисчислимого количества частиц,

which gravity compresses into a super dense core.

которые гравитация сжимает в сверхплотное ядро.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

Это ядро горячее и плотное настолько,

что атомные ядра соединяются друг с другом,

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

образуя более крупные и тяжёлые ядра

в процессе, известном как термоядерный синтез.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

Обратный процесс, когда один атом распадается на два, называется делением.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

В обоих процессах масса конечных продуктов

немного меньше массы исходных атомов.

than the mass of the initial atoms.

But that lost mass doesn’t disappear—

Но эта потерянная масса не исчезает —

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

она превращается в энергию

в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна.

And since c² is such a massive number,

А поскольку число c² очень велико,

both fission and fusion generate a lot of energy.

как при делении, так и при синтезе выделяется много энергии.

В результате термоядерного синтеза

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

в нашем Солнце образуются в основном ядра гелия.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

Чаще всего два протона объединяются, образуя ядро дейтерия,

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

которое затем соединяется с другим протоном, образуя ядро гелия-3,

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

которое затем соединяется с другим ядром гелия-3, образуя ядро гелия-4.

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

Но есть одна загвоздка: первое событие невероятно редкое.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

Только 1 из 100 септиллионов протонных столкновений

results in a deuterium nucleus.

приводит к образованию ядра дейтерия.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

На Солнце такие события не редкость, потому что протонов так много,

that even a reaction this rare happens all the time.

что даже такая редкая реакция происходит постоянно.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

Но на Земле учёным требуется более воспроизводимая реакция,

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

при которой ядро дейтерия соединяется с ядром трития,

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

образуя ядро гелия-4 и нейтрон.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

На самом деле подобные реакции в ускорителях частиц

since the 1930s.

осуществляются с 1930-х годов.

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

Но эти ускорители не предназначены для использования энергии,

выделяемой в результате реакции.

Rather, they’re used to generate neutrons

Вместо этого они используются для генерации нейтронов

for a variety of scientific and military purposes.

для различных научных и военных целей.

А чтобы использовать термоядерный синтез

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

для получения неограниченного количества энергии,

we’d need a device that can harness the energy released,

необходимо устройство, задействующее высвобождаемую энергию,

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

возвращающее достаточное её количество обратно для продолжения реакции,

and then send the rest out to our power grid.

а затем направляющее оставшуюся энергию в нашу электросеть.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

Для этого нужен термоядерный реактор.

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

Как и ускоритель частиц, реактор будет генерировать ядра гелия и нейтроны.

But that reaction would happen in a superhot core

Но эта реакция будет происходить в сверхгорячем ядре,

and the resulting neutrons would shoot outward

а образующиеся нейтроны будут выбрасываться наружу,

to heat up a layer of lithium metal.

нагревая металлический слой лития.

That heat would then boil water,

Затем это тепло будет нагревать воду,

generating steam to run turbines and produce electricity.

образуя пар для работы турбин и производства электроэнергии.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

Тем временем ядра гелия будут оставаться внутри ядра

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

и соударяться с другими ядрами, чтобы реакция продолжалась

and the electricity flowing.

и вырабатывался электрический ток.

Эта технология сопряжена с множеством практических сложностей:

This tech has many practical challenges,

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

например, как удержать движущиеся частицы вещества

с температурой в миллион градусов.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

Но самая главная проблема — так называемое зажигание.

Любая технология является коммерчески выгодной,

An energy technology is only commercially viable

только если вырабатывается больше энергии, чем потребляется.

if it puts out more energy than it uses.

А термоядерному реактору требуется очень много энергии,

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

чтобы нагреть ядро до температуры, достаточной для термоядерного синтеза.

for fusion to occur.

So there’s a tipping point:

Итак, наступает переломный момент:

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

топливо становится достаточно горячим, чтобы началась реакция

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

и высвободилось больше энергии,

чем нужно для достижения и поддержания этой температуры.

This is ignition.

Это зажигание.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

В звёздах зажигание происходит под действием сильной гравитации,

but this approach is impossible on Earth

но на Земле такой подход невозможен,

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

так как для этого требуется масса, в тысячи раз превышающая массу всей Земли.

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

Поэтому исследователи обычно используют огромные массивы лазеров

or methods that combine magnets with high energy particles

или методы, позволяющие комбинировать магниты с частицами высокой энергии

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

или электромагнитными волнами,

подобными тем, что используются в микроволновой печи.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

В 2022 году учёные из комплекса Национальной зажигательной лаборатории США

demonstrated ignition for the first time ever,

впервые продемонстрировали зажигание,

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

используя 192 лазера для нагрева дейтерия и трития до 100 миллионов градусов.

While this was a huge step forward,

Несмотря на то, что сделан гигантский шаг вперёд,

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

нам ещё далеко до создания

устойчиво работающего самоподдерживающегося реактора,

that produces more energy than it uses.

который бы вырабатывал больше энергии, чем потреблял.

But once operational, these relatively small reactors could power a city

Но даже относительно небольшие реакторы

могли бы обеспечивать энергией

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

в течение года город с населением в миллион человек,

используя всего два грузовика с топливом.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

Сегодня для производства такого количества энергии

необходимо сжигать примерно 3 миллиона тонн угля.

to produce that much energy.

That is the promise of fusion:

При термоядерном синтезе ожидается производство

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

неограниченного количества энергии

согласно потребностям и почти без выбросов.

True star power, right here on Earth.

Настоящая звёздная мощность прямо здесь, у нас на Земле.