Как работает термоядерный синтез?

Когда речь заходит о термоядерном синтезе, многие представляют себе что-то вроде взрывов в космосе или фантастических реакторов из фильмов. На самом деле всё не так уж запредельно. Термоядерный синтез — это процесс, который каждую секунду происходит в звёздах, в том числе в нашем Солнце. И если человечество научится управлять этим процессом здесь, на Земле, энергетика может навсегда измениться.

Термоядерный синтез — это объединение лёгких атомных ядер в более тяжёлые. При этом выделяется колоссальное количество энергии.

Самый распространённый пример — синтез двух ядер водорода в одно ядро гелия. Именно так Солнце излучает свой свет и тепло. Когда ядра сталкиваются с очень высокой скоростью, силы отталкивания между ними преодолеваются, и происходит слияние.

Почему это важно? Потому что энергия, выделяющаяся при синтезе, примерно в миллион раз больше, чем при обычной химической реакции вроде горения бензина, и в несколько раз эффективнее, чем при делении атомных ядер в традиционных атомных электростанциях.

Казалось бы — бери и используй! Но есть одна проблема: чтобы ядра «захотели» слиться, им нужно преодолеть гигантское электростатическое отталкивание. Для этого вещества надо нагреть до температур, которые сопоставимы с сердцем звезды — десятки миллионов градусов.

Как мы пытаемся зажечь «маленькое солнце» на Земле?

Учёные десятилетиями работают над тем, чтобы создать управляемую термоядерную реакцию. Есть два основных способа:

1. Магнитное удержание (токамаки и стелларатора)
Идея в том, чтобы взять лёгкий газ (обычно дейтерий и тритий — тяжёлые изотопы водорода), нагреть его до состояния плазмы — это четвёртое агрегатное состояние вещества, где электроны оторваны от ядер, — и удерживать эту плазму с помощью мощных магнитных полей, чтобы она не соприкасалась со стенками реактора.

Самый известный проект такого типа — международный токамак ITER, который строят во Франции. Там собираются нагревать плазму до 150 миллионов градусов — это в 10 раз горячее центра Солнца!

2. Инерциальное удержание (лазеры)
В этом методе маленькие капсулы с топливом облучают мощными лазерами со всех сторон. Капсула сжимается и нагревается, и при правильных условиях начинается синтез. Один из крупнейших проектов в этой области — Национальная установка лазерной термоядерной синтеза (NIF) в США.

Оба подхода невероятно сложны и требуют решений на грани современных технологий: сверхмощных магнитов, высокотемпературных материалов, систем сверхбыстрого контроля.

И самое главное — пока ещё ни один реактор в мире не дал «чистой» энергии, то есть энергии больше, чем затрачено на поддержание реакции. Но мы всё ближе.

В декабре 2022 года на NIF впервые в истории получили положительный энергетический выход при лазерном термоядерном синтезе: энергия, высвобождённая в процессе, превысила энергию лазеров, направленных на капсулу. Это пока лабораторный успех, но он доказал: термоядерный синтез возможен.

Почему это важно для всего человечества?

Если термоядерный синтез удастся поставить на поток, у нас появится практически бесконечный источник энергии:

  • Топливо почти неисчерпаемо. Дейтерий можно добывать из обычной воды, тритий — синтезировать внутри реактора.

  • Минимальные отходы. Нет радиоактивных долгоживущих отходов, как у обычных АЭС.

  • Отсутствие выбросов углекислого газа. Термоядерные электростанции не будут загрязнять атмосферу.

  • Безопасность. Термоядерная реакция не способна развиться в неконтролируемую цепную реакцию, как в Чернобыле. В случае аварии плазма просто погаснет.

Но путь к промышленному термоядерному синтезу непростой. Главные вызовы сегодня:

  • создание материалов, способных выдерживать экстремальные температуры и радиацию;

  • разработка магнитов, мощных и стабильных на долгие циклы работы;

  • автоматизация контроля за плазмой в реальном времени;

  • оптимизация затрат энергии для коммерческой эффективности.

По самым осторожным прогнозам, первые термоядерные электростанции могут начать строить в середине XXI века. А отдельные эксперты верят, что прототипы появятся уже к 2040 году.


Термоядерный синтез — это одна из самых амбициозных целей человечества. Построить «маленькое солнце» на Земле — задача по-настоящему космического масштаба. Но если нам это удастся, мы решим одновременно энергетический, экологический и экономический кризисы на столетия вперёд.

И на этот раз, кажется, успех действительно не за горами.

Читайте также

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

Фотон от мощнейшего космического взрыва мог указать на нарушение законов Эйнштейна

Фотон от мощнейшего космического взрыва мог указать на нарушение законов Эйнштейна

Глубоководная рыба умеет ходить по дну задом наперед

Глубоководная рыба умеет ходить по дну задом наперед

Археологи раскрыли истинные причины каннибализма в неолитической Европе

Археологи раскрыли истинные причины каннибализма в неолитической Европе

Ученые выяснили, почему воспоминания не исчезают даже при потере связей в мозге

Ученые выяснили, почему воспоминания не исчезают даже при потере связей в мозге

ИИ OpenAI заявил о решении одной из семи задач тысячелетия

ИИ OpenAI заявил о решении одной из семи задач тысячелетия

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые