Как машина Z в Национальной лаборатории Сандиа генерирует тепло горячее, чем у звезды, для получения энергии термоядерного синтеза
Я вынужден пересматривать это видео дважды. Может быть, даже три раза. Что именно представляет собой этот клубок кабелей? Хотя это выглядит как пучок проводов, конструкция огромна — примерно с размер спортивного зала. В лаборатории в Нью-Мексико это устройство действует как адская машина. Температура превышает 2 миллиарда градусов. Это определенно тепло мирового класса. Даже ядро Солнца, самой горячей из известных нам звезд, излучает лишь около 16 миллионов градусов. Машина Z идет гораздо дальше.
Национальная лаборатория Сандиа не создавала машину Z для побития рекордов Книги Гиннесса. Цели реалистичны. Исследователи проверяют, может ли это экспериментальное устройство быть полезным для производства электроэнергии в будущем. Они занимаются разработкой технологий термоядерного синтеза.
Для этого они пропустили электрический ток силой 20 миллионов ампер через проволочную сетку и направили его на частицы плазмы. Эти частицы электрически заряжены и меньше атомов. В течение доли секунды проходящий через них ток соответствует мощности 10 000 генераторов электростанций. Каждый генератор может обеспечить светом 500 000 лампочек. Плотность энергии поражает воображение.
Когда большое количество ускоренных электронов сталкивается с плазмой, частицы сжимаются до размера острия карандаша. Пространство становится настолько малым, что частицы не могут свободно двигаться. Они выделяют свою энергию в виде тепла. Сжатие создает состояние плазмы, в котором атомы лишаются своих электронов. Это состояние позволяет высвободить колоссальную тепловую энергию.
Сами исследователи были удивлены достигнутой температурой. Счет за электричество для этой лаборатории мог бы обанкротить родителей, если бы им пришлось платить по счетам. Но за триллионную долю секунды эксперимент произвел в четыре раза больше энергии, чем ученые изначально затратили.
«За триллионную долю секунды этот эксперимент произвел в четыре раза больше энергии, чем изначально использовали ученые.»
Это увеличение энергии является важным достижением. Оно показывает, что машина Z может создавать необходимые условия для термоядерного синтеза. Ядерный синтез — это процесс, питающий звезды. Более легкие атомные ядра объединяются, образуя более тяжелые атомные ядра. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии. Он не образует долгоживущих радиоактивных отходов. Он предлагает чистый и почти неисчерпаемый источник энергии.
Машина Z использует технику, называемую Z-пинчем (Z-pinch). Она сжимает плазму с помощью магнитных полей. Магнитное давление заставляет плазму сжиматься внутрь. Это внутреннее сжатие увеличивает плотность и температуру. Цель состоит в достижении зажигания. Зажигание означает, что термоядерная реакция может поддерживаться без внешнего воздействия. Машина Z приблизилась к этому. Это показывает, что физика высокой плотности энергии возможна.
Последствия для производства энергии глубоки. Если исследователи смогут стабильно воспроизводить этот результат, это может открыть новые способы генерации электроэнергии. Существующие технологии требуют огромного количества электроэнергии. Сама машина Z также потребляет значительную мощность. Но увеличение чистой энергии показывает, что физика работает. Инженерная задача остается сложной. Масштабирование этого до коммерческой электростанции затруднено. Материалы должны выдерживать экстремальное тепло. Магниты должны выдерживать огромные токи.
Удивление от производства энергии подчеркивает, сколько нам еще предстоит узнать о плазме. Мы думали, что знаем пределы. Мы ошибались. Плазма вела себя лучше, чем ожидалось. Она удерживалась вместе достаточно долго, чтобы выделить больше энергии, чем было затрачено. Это больше, чем просто число. Это демонстрация концепции.
