Ученые объявили во вторник, что они впервые произвели больше энергии в реакции термоядерного синтеза, чем было использовано для ее зажигания — крупный прорыв в многолетних поисках использования процесса, который питает солнце.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии достигли результата на прошлой неделе, сообщило Министерство энергетики. Известная как чистый прирост энергии, цель была недостижимой, потому что термоядерный синтез происходит при таких высоких температурах и давлениях, что его невероятно трудно контролировать.

По словам министра энергетики Дженнифер Гранхолм и других официальных лиц, этот прорыв проложит путь к достижениям в области национальной обороны и будущего экологически чистой энергетики.

"Зажигание позволяет нам впервые воспроизвести определенные условия, которые встречаются только у звезд и солнца", - сказал Гранхольм на пресс-конференции в Вашингтоне. "Эта веха приближает нас на один значительный шаг" к тому, чтобы термоядерная энергия с нулевым выбросом углерода "питала наше общество".

Термоядерное зажигание - "одно из самых впечатляющих научных достижений 21 века", - сказал Гранхольм, добавив, что этот прорыв "войдет в учебники истории".

Выступая вместе с Гранхолмом, советник Белого дома по науке Арати Прабхакар назвал термоядерное зажигание, достигнутое 5 декабря, "потрясающим примером того, чего действительно может достичь упорство" и "невероятным инженерным чудом".

Сторонники термоядерного синтеза надеются, что однажды он сможет вытеснить ископаемое топливо и другие традиционные источники энергии. До получения безуглеродной энергии, которая питает дома и предприятия за счет термоядерного синтеза, еще десятилетия. Но исследователи заявили, что это объявление ознаменовало значительный скачок вперед.

"Это почти как запуск стартового пистолета", - сказал профессор Деннис Уайт, директор Центра плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института и лидер в области термоядерных исследований. "Мы должны стремиться к тому, чтобы сделать доступными термоядерные энергетические системы для борьбы с изменением климата и энергетической безопасностью".

Ким Будил, директор Ливерморской лаборатории, сказал, что существуют "очень значительные препятствия" для коммерческого использования технологии термоядерного синтеза, но достижения последних лет означают, что технология, вероятно, будет широко использоваться в течение "нескольких десятилетий", а не 50 или 60 лет, как ожидалось ранее.

Термоядерный синтез происходит путем прижатия атомов водорода друг к другу с такой силой, что они объединяются в гелий, выделяя огромное количество энергии и тепла. В отличие от других ядерных реакций, при этом не образуются радиоактивные отходы.

Президент Джо Байден назвал этот прорыв хорошим примером необходимости продолжать инвестировать в исследования и разработки. "Посмотрите, что происходит в Министерстве энергетики на ядерном фронте. На горизонте много хороших новостей", - сказал он в Белом доме.

Миллиарды долларов и десятилетия работы были потрачены на исследования в области термоядерного синтеза, которые дали ошеломляющие результаты — за доли секунды. Ранее исследователи из Национального центра воспламенения, подразделения Лоуренса Ливермора, где был достигнут успех, использовали 192 лазера и температуру, в несколько раз превышающую температуру центра Солнца, для создания чрезвычайно короткой термоядерной реакции.

По словам Марвина Адамса, заместителя администратора Национальной администрации ядерной безопасности, агентства Министерства энергетики, лазеры сфокусировали огромное количество тепла на миниатюрной сферической капсуле. В результате получилась среда с перегретой плазмой, в которой реакция генерировала примерно в 1,5 раза больше энергии, чем содержалось в свете, использованном для ее получения.

Риккардо Бетти, профессор Университета Рочестера и эксперт в области лазерного синтеза, сказал, что предстоит пройти долгий путь, прежде чем чистый прирост энергии приведет к устойчивому производству электроэнергии.

Он сравнил этот прорыв с тем, когда люди впервые узнали, что переработка нефти в бензин и его воспламенение могут привести к взрыву. "У тебя все еще нет двигателя, и у тебя все еще нет шин", - сказала Бетти. "Ты не можешь сказать, что у тебя есть машина".

Достижение чистого прироста энергии относилось к самой термоядерной реакции, а не к общему количеству энергии, которое потребовалось для приведения в действие лазеров и запуска проекта. Чтобы термоядерный синтез был жизнеспособным, ему потребуется производить значительно больше энергии и в течение более длительных периодов времени.

Будил сказала, что люди иногда шутят, что Ливерморская лаборатория, известная как LLNL, "расшифровывается как "Лазеры, лазеры, ничего, кроме лазеров". Но она сказала, что девиз лаборатории "прекрасно резюмирует наш подход: наука и техника на миссии".

Невероятно трудно контролировать физику звезд. Уайт сказал, что топливо должно быть горячее, чем центр солнца. Топливо не хочет оставаться горячим — оно хочет вытекать и остывать. Сдерживать это - непростая задача, сказал он.

Результаты калифорнийской лаборатории превзошли ожидания, сказал Джереми Читтенден, профессор Имперского колледжа в Лондоне, специализирующийся на физике плазмы.

По словам Читтендена, хотя предстоит пройти долгий путь, чтобы превратить термоядерный синтез в полезный источник энергии, достижения лаборатории вселяют в него оптимизм в отношении того, что когда—нибудь это может стать "идеальным источником энергии, каким мы его себе представляли" - таким, который не выделяет углерода и работает на водороде в изобилии, который может извлекаться из морской воды.

Один из подходов к термоядерному синтезу превращает водород в плазму, электрически заряженный газ, который затем управляется огромными магнитами. Этот метод исследуется во Франции в сотрудничестве между 35 странами под названием "Международный термоядерный экспериментальный реактор", а также исследователями Массачусетского технологического института и частной компанией.

В прошлом году команды, работающие над этими проектами на двух континентах, объявили о значительных достижениях в области жизненно важных магнитов, необходимых для их работы.

Кэролин Куранц, профессор Мичиганского университета и физик—экспериментатор плазмы, выразила надежду, что результат поможет привлечь "повышенный интерес и энергию" к исследованиям в области термоядерного синтеза, в том числе со стороны частной промышленности, которые, по ее словам, будут необходимы для получения термоядерной энергии в сеть.

"Если мы хотим предотвратить дальнейшее изменение климата, нам понадобятся разнообразные варианты производства энергии для развертывания", - сказал Куранц. "И ядерная энергия — как деление, так и термоядерный синтез — действительно должна быть частью этого уравнения. Мы не добьемся этого только с помощью возобновляемых источников энергии".