Як машина Z у Національній лабораторії Сандіа генерує гаряче тепло, ніж у зірки, для отримання енергії термоядерного синтезу
Я змушений переглядати це відео двічі. Можливо, навіть тричі. Що саме є цей клубок кабелів? Хоча це виглядає як пучок дротів, конструкція величезна — приблизно розмір спортивного залу. У лабораторії в Нью-Мексико цей пристрій діє як пекельна машина. Температура перевищує 2 мільярди градусів. Це безумовно тепло світового класу. Навіть ядро Сонця, найгарячої з відомих нам зірок, випромінює лише близько 16 мільйонів градусів. Машина Z йде набагато далі.
Національна лабораторія Сандіа не створювала машину Z для побиття рекордів Книги Гіннесса. Цілі реалістичні. Дослідники перевіряють, чи цей експериментальний пристрій може бути корисним для виробництва електроенергії в майбутньому. Вони займаються розробкою технологій термоядерного синтезу.
Для цього вони пропустили електричний струм силою 20 мільйонів ампер через дротяну сітку та направили його на частинки плазми. Ці частинки електрично заряджені і менші від атомів. Протягом частки секунди струм, що проходить через них, відповідає потужності 10 000 генераторів електростанцій. Кожен генератор може забезпечити світлом 500 000 ламп. Щільність енергії вражає уяву.
Коли велика кількість прискорених електронів стикається з плазмою, частки стискаються до розміру вістря олівця. Простір стає настільки малим, що частки не можуть вільно рухатися. Вони виділяють свою енергію як тепла. Стиснення створює стан плазми, в якому атоми позбавляються своїх електронів. Цей стан дозволяє звільнити колосальну теплову енергію.
Самі дослідники були вражені досягнутою температурою. Рахунок за електрику для цієї лабораторії міг би збанкрутувати батьків, якби їм довелося платити за рахунками. Але за трильйонну частку секунди експеримент зробив у чотири рази більше енергії, ніж вчені спочатку витратили.
“За трильйонну частку секунди цей експеримент справив у чотири рази більше енергії, ніж спочатку використовували вчені.”
Це збільшення енергії є важливим досягненням. Воно показує, що машина Z може створювати необхідні умови термоядерного синтезу. Ядерний синтез – це процес, який живить зірки. Більш легкі атомні ядра об’єднуються, утворюючи важчі атомні ядра. Цей процес вивільняє величезну кількість енергії. Він не утворює довгоживучих радіоактивних відходів. Він пропонує чисте і майже невичерпне джерело енергії.
Машина Z використовує техніку, яка називається Z-пінчем (Z-pinch). Вона стискає плазму з допомогою магнітних полів. Магнітний тиск змушує плазму стискатися усередину. Цей внутрішній стиск збільшує щільність і температуру. Мета полягає у досягненні запалення. Запалювання означає, що термоядерна реакція може підтримуватись без зовнішнього впливу. Машина Z наблизилася до цього. Це показує, що фізика високої густини енергії можлива.
Наслідки виробництва енергії глибокі. Якщо дослідники можуть стабільно відтворювати цей результат, це може відкрити нові способи генерації електроенергії. Існуючі технології вимагають величезної кількості електроенергії. Сама машина Z також споживає значну потужність. Але збільшення чистої енергії свідчить, що фізика працює. Інженерне завдання залишається складним. Масштабування цього до комерційної електростанції утруднене. Матеріали мають витримувати екстремальне тепло. Магніти мають витримувати величезні струми.
Здивування від виробництва енергії наголошує, скільки нам ще належить дізнатися про плазму. Ми думали, що ми знаємо межі. Ми помилялися. Плазма поводилася краще, ніж очікувалося. Вона утримувалась разом досить довго, щоб виділити більше енергії, ніж було витрачено. Це більше ніж просто число. Це демонстрація концепції.
