Удачное испытание термоядерного реактора в Китае

Испытания термоядерного реактора в Китае увенчались серьезным достижением. В ходе эксперимента была создана плазма температурой около 50 миллионов градусов по Цельсию — то есть в реакторе было жарче, чем в ядре Солнца — и физикам удалось удержать эту температуру на целых полторы минуты.

Опыты проводили в экспериментальном сверхпроводящем токамаке, известном как EAST.

Поддержание подобных температур в течение долгого времени необходимо для создания энергии — долгосрочной цели всех термоядерных реакторов. Эти реакции должны идти долго, так как для того, чтобы довести плазму до такой высокой температуры требуется огромное количество затрат. Иными словами, если плазма остывает быстро, то термоядерный реактор просто потребляют энергию, а не производит ее. Вот только контроль такого интенсивного жара — это очень непростое дело, так как подобная высокая энергия создает нестабильные состояния, с которыми очень трудно справиться. В этом отношении 102 секунды (а именно столько удалось китайским ученым удерживать температуру плазмы) это очень большой шаг вперед.

Это не самая высокая температура, когда-либо созданная на земле. Рекорд принадлежит большому адронному коллайдеру, где сумели создать плазмовый «суп» из субатомных глюонов и кварков с температурой около 5,5 триллионов градусов Цельсия, то есть она в 250 тысяч раз превысила температуру в центре Солнца. Но это состояние длилось меньше доли секунды, и для выработки энергии оно бесполезно.

Согласно мнению большинства ученых, для того, чтобы термоядерный реактор начал активно вырабатывать энергию, в нем нужно длительно поддерживать температуру в 100 миллионов градусов по Цельсию — то есть, все еще только начинается. По общим прогнозам пройдет еще лет десять, прежде чем хотя бы один из этих реакторов станет энергетически прибыльным.

 

Q Углерод

Добыть алмаз не так-то просто. Их залежи находятся в верхней мантии Земли на глубине практически 150 километров под ее поверхностью под запредельно высоким давлением и температурой, при которой плавятся камни. Несмотря на то, что ученые давно научились воссоздавать подобные условия в лаборатории, оборудование для этого стоит очень дорого, а сам процесс может занимать от нескольких дней до нескольких недель.

Крепче алмазаИ вот, после десяти лет тестирования и проверок, команда из Государственного университета штата Южная Каролина открыла быстрый способ производства алмазов, который избавляет от необходимости сдавливать углерод (для достижения необходимого давления) и нагревать его до заоблачных температур.

"Преобразование углерода в алмаз - это заветная мечта многих поколений ученых по всему миру",- заявил ведущий автор опубликованного на этой неделе доклада в "Журнале прикладной физики" (Journal of Applied Physics) Джагдиш Нарайан.

Однако на этом поразительные новости не заканчиваются. В процессе изобретения своего способа производства алмазов, Нарайан и его команда попутно открыли новую фазу углерода, получившую название Q-углерод. Прочность этого диковинного материала еще больше, чем у алмаза. Кроме того, он обладает особыми магнитными свойствами и светится при прохождении через него тока. Помимо того, что Q-углерод дешевле настоящих алмазов. Ему, вероятно, удастся найти применение в электронных дисплеях.

Преобразование углерода в алмаз требует колоссальных объемов энергии, достаточных для того, чтобы сжать углерод с необходимой силой и нагреть его до требуемой температуры. Однако Нарайан утверждает, что вся суть его процесса заключается в скорости.

Прежде всего, при комнатной температуре извлекается аморфный углерод, с помощью которого можно добиться максимального сокращения лазерного импульса. Далее углерод нагревается до температуры в 6.740 градусов по Фаренгейту (для сравнения, температура поверхности солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту).

Затем получившаяся из расплавленного углерода "лужа" быстро охлаждается (например, путем погружения в воду), и из нее формируется новый сверхпрочный Q-углерод.

Другие фазы углерода обладают разительно отличающимися друг от друга свойствами: например, графит мягкий и непрозрачный, а Q-углерод, как и алмаз, блестящий и очень твердый. Это происходит из-за того, что когда углерод плавится, соединения между атомами сокращаются и не успевают вернуться к исходной длине, поскольку материал почти мгновенно вновь охлаждается. Это позволяет конечному продукту быть плотнее и прочнее алмаза.

Впечатляет то, что Q-углерод обладает магнитными свойствами при комнатной температуре, а, как известно, углеродных материалов, имеющих подобные свойства, на Земле практически не встречается. Кроме того, из-за своего уникального расположения атомов материал издает слабое свечение. Все эти свойства могут сделать Q-углерод незаменимым для будущих исследований и разработок в сфере электроники.

Уже сейчас технологию можно использовать для производства алмазов. Нарайан рассказал, что, слегка изменяя состояние углерода перед охлаждением, ученые открыли способ выращивать алмазные кристаллы любой требуемой формы, будь то наноиглы, микроиглы, наноточки и даже пленка.

Своей дешевизной новый процесс отчасти обязан лазеру, который широко используется в глазной хирургии. Что до скорости выращивания алмазов, то протекающие в углероде процессы занимают... несколько наносекунд.

"Мы можем вырастить карат всего за 15 минут",- рассказал Нарайан.