The Secret Force for Limitless Energy? Lasers | Tammy Ma | TED

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Olga Mansurova

What would you do with the largest laser in the world?

Что бы вы сделали с самым большим лазером в мире?

Send a beam into space.

Отправили бы луч в космос.

Strap the laser to the head of a shark.

Прикрепили бы лазер к голове акулы.

Or maybe just use it to amuse your cat.

Или, может быть, просто играли бы со своей кошкой.

Well, the laser that I'm talking about

Лазер, о котором я расскажу,

is nothing like your typical laser pointer.

совсем не похож на обычную лазерную указку.

No, this laser is a thousand times more powerful

Нет, этот лазер в тысячу раз

than the entire US electrical grid.

мощнее всей электросети США.

It's the most energetic laser in the world.

Это самый мощный лазер в мире.

I guarantee you

Уверяю вас,

you're going to want to keep your cat far, far away from this laser.

вы захотите держать кошку подальше от этого лазера.

Now, I'm a physicist,

Поскольку я физик,

so what I would want to do with this laser is something a little bit different.

я бы хотела сделать с этим лазером нечто другое.

I take that laser and split it into almost 200 beams,

Я беру лазер, разбиваю его почти на 200 лучей

and shine them from every angle onto a little pellet of hydrogen.

и направляю их со всех сторон на маленькую гранулу водорода.

Hydrogen, that very first element on the periodic table.

Водород — первый элемент в периодической таблице.

I'd use the laser to squeeze and compress that hydrogen

Я бы с помощью лазера сжимала и сдавливала водород до тех пор,

until the atoms themselves fuse.

пока сами атомы не соединятся.

That's called fusion.

Это называется термоядерный синтез.

And it’s the same reaction that powers the Sun.

И это та же реакция, которая приводит в действие Солнце.

So with our giant laser,

С помощью нашего гигантского лазера

we could actually create miniature stars right here on Earth.

мы действительно можем создавать миниатюрные звёзды прямо здесь, на Земле.

Pretty cool, right?

Довольно круто, правда?

OK, that's the goal.

Хорошо, это цель.

But why?

Но зачем?

Why do we care to do this?

Почему мы хотим это сделать?

Fusion means unlocking a different kind of nuclear power.

Термоядерный синтез означает открытие нового вида ядерной энергии.

Instead of splitting big, heavy atoms, like we do with fission

Вместо расщепления больших тяжёлых атомов, как это происходит при делении

in today's nuclear power plants,

на современных атомных электростанциях,

fusion means bringing together the atoms of a light element

термоядерный синтез означает объединение атомов лёгкого элемента

until they merge.

до их слияния.

In our case, we're going to use deuterium and tritium.

В нашем случае мы будем использовать дейтерий и тритий.

They are isotopes of hydrogen, heavy hydrogen.

Это изотопы водорода, тяжёлого водорода.

And if we can use our lasers to get them close enough together

И если с помощью лазеров мы сможем собрать их очень близко друг к другу

at hot enough temperatures,

при достаточно высоких температурах

and hold them there long enough until they fuse,

и удерживать их там достаточно долго, пока они не воспламенятся,

what we create on the other side is a helium nucleus and a neutron.

то на другой стороне мы создадим ядро гелия и нейтрон.

And it just so happens that that helium and neutron

Так уж получилось, что гелий и нейтрон

weigh just a little bit less

весят чуть меньше,

than our deuterium and tritium originally did.

чем изначально весили дейтерий и тритий.

So we're going to take that differential in mass

Мы возьмём эту разницу в массе

and put it into an equation that everybody knows really well.

и введём её в уравнение, которое всем хорошо известно.

Einstein's E equals --

По Эйнштейну E равно...

Audience: MC squared.

Аудитория: mc в квадрате.

Tammy Ma: E equals MC squared.

Тэмми Ма: E равно mc в квадрате.

Where that "m" is that differential in mass,

Если «m», эту разницу в массе,

we're going to multiply by "c," the speed of light,

мы умножим на «c», скорость света,

a huge, huge number squared,

огромное, огромное число в квадрате,

and with that, get a tremendous amount of energy out.

мы получим громадное количество энергии.

How tremendous?

Насколько оно огромно?

Well one single pound of fusion fuel has the same amount of energy

Один фунт термоядерного топлива содержит столько же энергии,

as 5,000 barrels of oil,

сколько 5 000 баррелей нефти

or 3.5 million pounds of coal.

или 3,5 миллиона фунтов угля.

So fusion is the ultimate energy source,

Таким образом, термоядерный синтез является лучшим источником энергии,

not least because the fuel that we need for fusion is also very abundant.

не только потому, что топлива, необходимого для него, тоже очень много.

Deuterium is naturally occurring in seawater.

Дейтерий естественным образом содержится в морской воде.

About one in every 7,000 particles is D2O instead of H2O.

Примерно одна из каждых 7 000 частиц представляет собой D2O, а не H2O.

And tritium, we know how to breed from lithium.

И мы знаем, как выводить тритий из лития.

So conceivably we actually have enough fusion fuel on Earth

Так что, возможно, на Земле действительно имеется достаточно термоядерного топлива,

to last us 30 billion years

чтобы его можно было использовать в течение 30 миллиардов лет

of human consumption at today's levels.

в тех объёмах, в которых люди используют его сейчас.

If you ask me, I'd call that energy security.

Если вы спросите меня, я бы назвала это энергетической безопасностью.

Fusion is also clean energy.

Термоядерный синтез — это также чистая энергия.

In our equation,

В нашем уравнении

it was a deuterium plus a tritium gave us a helium.

дейтерий плюс тритий дали нам гелий.

Carbon is nowhere in that equation.

Углерод в этом уравнении нигде не фигурирует.

Fusion is also inherently safe.

Кроме того, синтез по своей природе безопасен.

In order to start a fusion reaction,

Чтобы начать реакцию синтеза,

we first have to put energy into the system to make the atoms fuse.

сначала нужно направить энергию в систему, чтобы атомы слились.

So if you ever want to stop a fusion reaction,

Поэтому, если нужно остановить реакцию синтеза,

you just cut off that initial energy source.

просто отключите исходный источник энергии.

Fusion will create waste,

В результате синтеза образуются отходы,

but it's not the kind of waste that will last for tens

но это не те отходы, которые могут сохраняться в течение

or hundreds of thousands of years.

десятков или сотен тысяч лет.

Instead, the low-level nuclear waste of fusion

Напротив, низкоактивные ядерные отходы термоядерного синтеза

can decay away in just decades.

могут распасться всего за десятилетия.

And that means we can place fusion power plants almost anywhere,

А это значит, что термоядерные АЭС можно размещать почти в любом месте,

near large population centers and big cities,

вблизи крупных населённых пунктов и больших городов,

and fusion power plants would be compatible

и термоядерные станции будут совместимы

with our current grid infrastructure or the smart grids of the future.

с существующей сетевой инфраструктурой или интеллектуальными сетями будущего.

And finally, fusion energy is also flexible energy.

И наконец, термоядерная энергия также является гибкой энергией.

Energy when you need it and can come in different forms.

Энергия, когда она вам нужна, может поступать в разных формах.

Electricity to power our homes,

Электричество для питания наших домов,

but also high-temperature heat for industrial use.

а также высокотемпературное тепло для промышленного использования.

Now, to be fair, there are some downsides to fusion, too.

Честно говоря, у термоядерного синтеза есть и недостатки.

Fusion is incredibly complex and incredibly difficult.

Термоядерный синтез невероятно сложен.

The development of fusion has been and will be expensive.

Разработка его технологии была и будет дорогостоящей.

But the potential benefits of fusion are so great that it is worth it.

Но его потенциальные преимущества настолько велики, что он того стоит.

All right, so how do we actually make fusion work here on Earth?

Как же нам на самом деле заставить термоядерный синтез работать на Земле?

Well, that's the problem that we've been working on

Над этой проблемой мы работаем

for nearly 60 years now.

уже почти 60 лет.

Let's go back to that ginormous laser.

Давайте вернёмся к тому огромному лазеру.

It's called the National Ignition Facility, or NIF,

Он называется «Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций», или NIF,

at the Lawrence Livermore National Lab.

в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.

The NIF is the world's largest, most energetic laser,

NIF — это самый большой и самый мощный лазер в мире.

housed in a building the size of three American football fields,

Он расположен в здании размером с три поля для американского футбола,

side by side and ten stories tall.

помещённых рядом друг с другом и высотой в десять этажей.

It's not just one laser.

Это не просто один лазер.

It's actually 192 separate lasers,

На самом деле это 192 отдельных лазера,

and each one alone is one of the most energetic in the world.

и каждый из них в отдельности является одним из самых мощных в мире.

And we're going to combine all 192 of those lasers

Мы объединим все 192 лазера

and shine them on a little fuel pellet

и направим их на маленькую топливную гранулу

about the size of a peppercorn.

размером с горошинку перца.

Alright, let me take you into the facility and give you a closer look.

Позвольте мне провести вас в комплекс и показать вам его поближе.

The laser starts as a little pulse of light,

Лазер начинается с небольшого импульса света,

the fraction of the energy of a typical laser pointer.

его энергия в несколько раз меньше энергии обычной лазерной указки.

We're going to split that beam into 192 ways.

Мы разделим этот луч на 192 направления.

And those beams are now going to bounce back and forth across this giant facility,

Теперь эти лучи будут отражаться назад и вперёд по всему гигантскому зданию.

each beam passing through hundreds of slabs of laser glass

Каждый луч, проходя сквозь сотни листов лазерного стекла,

getting boosted up in energy.

получает повышенную энергию.

In total, each beam is going to travel nearly a mile

В общей сложности каждый луч преодолеет расстояние почти в милю,

and get amplified up a million billion times in energy

его энергия будет увеличена в миллион миллиардов раз,

and expanded in size from a little pinprick

а его размер увеличится от маленькой точки

to over a square foot.

до площади более квадратного фута.

And then all 192 laser beams are going to get directed

Затем все 192 лазерных луча

towards the fusion chamber.

будут направлены в термоядерную камеру.

Half the laser beams go up and half come down,

Половина лазерных лучей направится вверх, а половина вниз,

and they're going to direct and concentrate their light

и они будут направлять и концентрировать свой свет

on a tiny cylinder that sits right in the middle,

на крошечном цилиндре, который находится

about the size of a pencil eraser.

точно посередине и размером с ластик для карандашей.

The lasers go into that cylinder

Лазеры попадают в этот цилиндр

and create a bath of X-rays

и создают луч рентгеновского излучения,

that then envelop the little fuel pellet

который обволакивает топливную гранулу,

that sits right in the middle.

находящуюся посередине.

Those X-rays are so intense

Эти рентгеновские лучи настолько интенсивны,

that they start blowing off the shell of that pellet like a rocket.

что начинают сдувать оболочку гранулы, словно ракета.

And then by conservation of momentum,

А затем, сохраняя импульс,

the rest of the capsule squeezes inward,

остальная часть капсулы сжимается внутрь,

equal and opposite reaction.

что приводит к равномерным и противоположным реакциям.

We're going to reach temperatures of over 180 million degrees Fahrenheit,

Мы достигнем температуры более 180 миллионов градусов по Фаренгейту,

hotter than the center of the Sun,

то есть выше, чем в центре Солнца,

and pressures that would feel like 100 billion Earth atmospheres

а давление будет похоже на давление в 100 миллиардов земных атмосфер,

pressing down on you.

давящих на нас.

And then we start a little spark right in the center,

Потом мы запустим маленькую искру прямо в центре,

which then propagates through more of that fuel,

которая затем распространится через большее количество топлива,

creating a miniature star,

образуя миниатюрную звезду,

and with it a huge burst of energy.

а вместе с ней и огромный выброс энергии.

Если мы всё сделаем правильно,

And if we do it right,

we can actually get a whole lot more energy out

то сможем получить гораздо больше энергии,

than the energy that went in to start all of this.

чем было затрачено на всё это.

(Applause)

(Аплодисменты)

I know, it sounds really easy, right?

Знаю, звучит очень просто, верно?

(Laughter)

(Смех)

Well, obviously this is a story that bridges enormous scales.

Очевидно, что эта история соединяет громадные масштабы.

The temperature and density of a star focused in on the atomic level.

Температура и плотность звезды, сфокусированной на атомном уровне.

Remember how I said that laser is a thousand times the power

Помните, я сказала, что мощность лазера в тысячу раз превышает

of the US electrical grid?

мощность электросети США?

Well, power is defined as energy per unit time.

Мощность определяется как энергия в единицу времени.

So what we're doing is taking a huge amount of energy

Мы берём огромное количество энергии

and compressing it down into just nanoseconds.

и сжимаем её всего за наносекунды.

And that's why every time we fire the lasers,

Вот почему каждый раз, когда мы запускаем лазеры,

the lights don't flicker across the globe.

свет не мерцает по всему земному шару.

But we are able to create conditions that are the hottest

Но мы можем создать самые жаркие условия

in the entire solar system.

во всей Солнечной системе.

All right, so I know what you guys are all thinking.

Ладно, я знаю, о чём вы думаете.

Like, how could this actually possibly work, right?

Например, как это вообще может работать?

And who would be crazy enough to try?

И кто осмелится это попробовать?

Well, tens of thousands of scientists and engineers around the world,

Десятки тысяч учёных и инженеров по всему миру,

including me.

включая меня.

And scientists are trying all different approaches to fusion.

И учёные пробуют все разные подходы к термоядерному синтезу.

Not just giant lasers, but sometimes giant magnets.

Не только гигантские лазеры, но иногда и гигантские магниты.

Things that have cool names like tokamaks or stellarators

Такие вещи с крутыми названиями, как токамаки или стеллараторы,

that can help shape and contain the fusion.

помогают формировать и сдерживать синтез.

И прямо сейчас мы уже видим, как целая куча новых

And right now, we're actually seeing

a whole bunch of new, private start-up fusion companies

частных стартап-компаний в области термоядерного синтеза

pop up all across the globe,

появляется по всему миру,

each one trying a unique and different approach to fusion.

каждая из которых пробует свой уникальный подход.

It's a whole host of brave and brilliant individuals

Целый ряд смелых и блестящих людей усердно работают над тем,

working hard to make this dream a reality.

чтобы воплотить эту мечту в реальность.

And our team at Lawrence Livermore National Lab

А наша команда из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса

are the stewards of work that started in 1960

руководит работой, начатой в 1960 году

because of national security.

по соображениям национальной безопасности.

We need to understand fusion,

Нам нужно разобраться в термоядерном синтезе,

to understand how to ensure

чтобы обеспечить безопасность

that our US nuclear arsenal stays safe and effective.

и эффективность ядерного арсенала США.

And that is what has provided the steady funding

Именно это обеспечило стабильное финансирование

to pursue this very difficult physics challenge over decades.

для решения этой очень сложной задачи в области физики на десятилетия.

So yeah, it took us 12 years to build the NIF,

Так что да, на создание NIF у нас ушло 12 лет,

and we've been doing experiments using it

и мы проводим эксперименты с ним

for nearly 15 years more now.

уже почти 15 лет.

And in that time, we've improved our physics understanding

За это время мы улучшили наше понимание физики

and computational simulation models.

и вычислительные имитационные модели.

We've designed new diagnostic instruments capable of taking better, clearer,

Мы разработали новые диагностические приборы, способные делать

faster pictures of the experiment.

более качественные, чёткие и быстрые снимки эксперимента.

We've continuously pushed up the laser energy

Мы постоянно увеличивали мощность лазера

and found ways to build better targets.

и находили способы создавать более эффективные мишени.

And guess what?

И знаете что?

In December of 2022, we finally did it.

В декабре 2022 года мы наконец это сделали.

(Applause)

(Аплодисменты)

Our team at Lawrence Livermore National Lab demonstrated fusion ignition.

Наша команда из Ливерморской лаборатории продемонстрировала термоядерное зажигание.

For the very first time in human history,

Впервые в истории человечества

we generated a controlled thermonuclear fusion reaction

мы провели контролируемую реакцию термоядерного синтеза

in the laboratory

в нашей лаборатории,

that generated more energy out

в результате которой было выделено больше энергии

than went in with the lasers to start it.

чем при запуске лазеров.

(Applause)

(Аплодисменты)

That's right, we were able to light a match

Да, нам удалось зажечь спичку

and turn that into a bonfire.

и превратить её в костер.

And in the process, release a new form of energy

И при этом высвободить новую форму энергии.

that is a million times more energetic than a chemical reaction.

Это в миллион раз даёт больше энергии, чем химическая реакция.

And now,

А сейчас

now we've actually been able to repeat ignition four more times

мы действительно смогли повторить зажигание ещё четыре раза

in just the last 15 months,

всего за последние 15 месяцев,

with our most successful experiment

и наш самый успешный эксперимент

giving us over twice as much energy out as we put in with the lasers.

дал нам в два раза больше энергии, чем при использовании лазеров.

So are we done?

Итак, мы закончили?

Well, not quite.

Ну, не совсем.

In order to move towards that fusion-energy future,

Чтобы двигаться к будущему, основанному на термоядерной энергии,

we'll have to figure out how to harness this energy

нам нужно выяснить, как использовать эту энергию

in a working fusion power plant.

на работающей термоядерной электростанции.

And to be clear,

Честно говоря,

there's still a long scientific and engineering road ahead.

впереди ещё долгий научно-технический путь.

Just to build on our successes at NIF,

Чтобы развить успехи, достигнутые в NIF,

we'll have to build more efficient lasers,

нам придётся создавать более эффективные лазеры,

mass manufacture targets

серийно производить мишени,

and figure out robotics for automated operations and more.

разрабатывать для автоматизированных операций свою робототехнику и так далее.

The depth and breadth of this challenge

Глубина и масштабность этой задачи

will require sustained investment from government and private industry,

потребуют постоянных инвестиций от правительства и частного сектора,

and all of us working together.

а также совместной работы всех нас.

We're all racing to make this a reality,

Мы все стремимся воплотить это в жизнь,

but there's still a lot more work to be done.

но многое ещё предстоит сделать.

I don't know exactly how long this will all take,

Я точно не знаю, сколько на это уйдёт времени,

but I do know that we can do it.

но я знаю, что мы справимся.

And when we do it,

И когда мы это сделаем,

when we make fusion energy a reality,

когда мы воплотим термоядерную энергию в реальность,

energy will become so plentiful

энергии станет так много,

that it will no longer be a limited resource.

что она перестанет быть ограниченным ресурсом.

This will change the world as we know it.

Это изменит мир в том виде, в каком мы его знаем.

When energy becomes essentially unlimited,

Когда энергия становится практически неограниченной,

there are unlimited ways to use this energy.

существуют неограниченные способы её использования.

Every country will be energy independent.

Каждая страна станет энергетически независимой.

Standards of living will rise around the world,

Уровень жизни во всём мире повысится,

and we'll be able to use energy in creative new ways as well,

и мы сможем использовать энергию в новых творческих направлениях,

like carbon capture at scale to combat climate change.

например, поглощение большего углерода в борьбе с изменением климата.

Vertical farming for delicious, sustainable food for all,

Вертикальное земледелие для получения вкусных

и экологически чистых продуктов питания для всех,

and desalination of seawater

опреснение морской воды,

so that everybody has access to clean water.

чтобы каждый имел доступ к чистой воде.

We can do all this and more with fusion.

Всё это и многое другое мы сможем сделать с помощью этой технологии.

Fusion can ignite that future.

Термоядерный синтез может открыть это будущее.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)