В продължение на хилядолетия хората гледали към Слънцето с благоговение и страхопочитание. Древните цивилизации го почитали като бог, молели се за неговата топлина и се бояли от затъмненията му. Източникът на неговия вечен огън дълго време оставал загадка. Тя била разкрита през 1939 г., когато физикът Ханс Бете обяснил как Слънцето – и милиарди други звезди – всъщност излъчват светлина: чрез ядрен синтез, сливането на водородни ядра в хелий при немислими налягания и температури.

Науката най-сетне дала отговор на това, което дълго изглеждало божествено, решавайки хилядолетна мистерия. Според сведенията Бете достигнал до решението, преминавайки стъпка по стъпка през периодичната таблица.

„Виждате ли – това е откритие на упоритостта, а не на гения“, казал той.

Всяка секунда нашето Слънце слива около 600 милиона тона водород в хелий, освобождавайки поток от светлина и топлина, който поддържа живота на Земята. Този процес – ядрен синтез – е върховният енергиен източник на природата.

Под колосалното налягане на Слънцето и при температури около 15 милиона градуса по Целзий водородните ядра преодоляват естественото си отблъскване и се сливат, освобождавайки енергия, защото малка част от масата се превръща в чиста енергия.

„Уравнението на Айнщайн E = mc² ни показва защо синтезът е толкова мощен: дори минимална загуба на маса води до огромно количество енергия. На практика една единствена чаша морска вода, ако съдържащият се в нея водород бъде напълно слет, би могла да осигури достатъчно енергия, за да захрани цял град за един ден“, пише за Indian Express Шраван Ханасоге, астрофизик в Института за фундаментални изследвания „Тата“.

Човешкият стремеж да възпроизведем звездния огън

В продължение на почти век учени мечтаят да възпроизведат този звезден огън на Земята. През 50-те години лабораториите започват да следват два основни подхода:

Магнитно задържане (токамаци) – използване на мощни магнитни полета за поддържане на плазма в камера с форма на поничка.

Marathon Fusion твърди, че е успял да разкрие тайните на алхимията, докато е решавал предизвикателствата пред термоядрения синтез

Ядрена трансмутация или как един стартъп успя да превърне живак в злато

Инерционно задържане – лазери обстрелват миниатюрни горивни капсули, компресирайки ги до екстремни температури и налягания.

Но синтезът на Земята е още по-труден, отколкото в Слънцето. Без неговата смачкваща гравитация експериментите трябва да достигнат температури над 100 милиона градуса по Целзий.

Както казал един физик: „Да задържиш плазма е като да се опиташ да затвориш мълния в бутилка.“

Защо е толкова трудно да се удържи синтезът?

Предизвикателството при синтеза не е да се накара реакцията да се случи – а да се държи под контрол, обяснява астрофизикът Ханасоге.

За да се слеят ядра, водородният газ трябва да бъде превърнат в плазма – особено състояние на материята, при което атомите са лишени от електроните си, оставяйки гореща, електрически заредена „супа“ от ядра и свободни електрони.

Плазмата не е твърдо, течно или газообразно състояние; тя е по-близка до жива маса – непрекъснато променяща се и нестабилна.

Слънчевите изригвания могат да прекъснат връзката на света и затова учените се обръщат към изкуствения интелект в търсене на решение

IBM и NASA създават дигитален близнак на Слънцето, за да предвиждат бъдещи бури

За условия на синтез плазмата трябва да се нагрее до над 100 милиона градуса. Нито един материален контейнер на Земята не може да издържи това – той би се изпарил мигновено, посочва още Ханасоге.

Затова учените трябва да я държат, без да я докосват – или с мощни магнитни полета, които насочват частиците по затворена траектория, или с лазери, които за кратко компресират горивната капсула.

Но плазмата по природа е неспокойна – извива се и се усуква като вряща вода, развива турбуленции и постоянно се стреми да избяга. В магнитни системи, ако докосне стените на реактора, тя се охлажда и реакцията угасва. В лазерни системи дори минимална асиметрия кара капсулата да се разпадне преди запалване.

„Затова синтезът се бави толкова дълго: не защото физиката е неизвестна (водородните бомби доказват, че синтезът работи), а защото да го направиш контролиран, непрекъснат и полезен е колосално инженерно предизвикателство“, казва астрофизикът, цитирайки отговора на неизвестен учен: „Не се опитваме да създадем Слънцето. Опитваме се да накараме Слънцето да стои неподвижно в бутилка.“

Безпрецедентният мащаб на изграждането на възобновяема енергия в Китай създава първата голяма „електродържава“ в света – икономика, която все повече се захранва с електричество, а не с директно потребление на изкопаеми горива

Какво означава първата „електродържава“ в света за бъдещето на енергията?

Пробиви в експериментите

Въпреки трудностите напредъкът е постоянен. През 2022 г. изследователи в САЩ обявиха исторически резултат: за първи път експеримент по синтез е произвел повече енергия, отколкото е било вложено чрез лазерите – постижение, известно като „запалване“.

Настроението в лабораторията онази сутрин било електризиращо. Когато зората изгряла над Калифорния, данните вече показвали истински енергиен излишък. Изморени учени, много от които прекарали целите си кариери в преследване на този момент, отворили шампанско в 3 сутринта, разказва Ханасоге.

Един ветеран казал: „Най-после мога да се пенсионирам със съзнанието, че запалихме звезда в лаборатория.“

Това все още не било практическа енергия, но било доказателство за принципа – и оправдание за десетилетия упорит труд.

Междувременно ITER – мащабен международен проект в Южна Франция – изгражда най-големия токамак в света, който цели да демонстрира устойчив енергиен добив през 30-те години на XXI век.

Печалбите от колтановите мини на практика удължават военния конфликт в Република Конго, предава ООН. Тези пари не отиват при местните хора. Вместо това те получават дребни суми, а в мините често работят и деца

Кръвта на колтана: Как минералът финансира войната в Конго и намира място в джоба ви

Търговски начинания в областта на синтеза

В продължение на десетилетия синтезът е тема на интерес от държавни лаборатории и международни колаборации. Но през последните години търговски компании навлизат в надпреварата – знак за нарастващата увереност, че синтезът може един ден да излезе от лабораторията. Те експериментират с по-малки и гъвкави дизайни, често използвайки усъвършенствани магнити или алтернативни методи за задържане.

Бил Гейтс, чрез своята инициатива Breakthrough Energy, подкрепя няколко проекти за синтез, виждайки в технологията дългосрочно решение за климата. Други частни инвеститори и публично-частни партньорства също се включват.

Никоя от тези компании все още не произвежда електричество, а практическите централи не правят обещания, но промяната е важна: синтезът вече не се разглежда само като научен експеримент, а като технология с потенциал за търговско приложение.

Ако бъде постигнат, синтезът ще означава енергийна революция. Неговото гориво – изотопи на водорода като деутерий и тритий – е в изобилие, открива се в морската вода и лития.

За разлика от ядреното делене, синтезът не оставя дълготрайни радиоактивни отпадъци и няма риск от неконтролирани аварии. Основният му страничен продукт е хелий – инертен и безвреден газ.

Британският астрофизик сър Артър Едингтън, който пръв предположил през 1920 г., че звездите светят чрез синтез, веднъж попитал:

„Какво устройство може да удържи такива колосални енергии, които захранват Слънцето?“

Един век по-късно човечеството е по-близо от всякога до отговора на този въпрос.