В эпоху, когда глобальный спрос на энергию растет экспоненциально, термоядерный синтез предстает как потенциальный прорыв, способный перевернуть мировую энергетику. Это не абстрактная теория, а реальный проект, где 35 стран объединяют силы для создания источника чистой и практически неисчерпаемой энергии. ITER — это грандиозный экспериментальный реактор, расположенный в Кадараше, Франция, где ученые стремятся воспроизвести процессы, питающие звезды, чтобы решить одну из главных проблем человечества — энергетический дефицит.

Источник бесконечной энергии — мечта? Что, если сказать, что главная проблема человечества — растущая жажда энергии — может быть решена? В XX веке казалось, что ответ найден — ядерная энергия. Но что-то пошло не так. Сильно не так. Чернобыль, Фукусима, проблема ядерных отходов и огромная стоимость — всё это стало непреодолимым барьером. И вот мы в XXI веке, а значительная часть (более 75%) мира всё ещё живёт на энергии, получаемой дедовским методом — сжиганием угля, газа и нефти.

А проблема только нарастает. Потребление энергии в мировых масштабах за последние 30 лет выросло на 50%, и этот рост не останавливается. По данным Международного энергетического агентства (IEA) на ноябрь 2025 года, глобальный спрос на энергию в 2024 году увеличился на 2,2%, что значительно превышает среднегодовой показатель 1,3% за период 2013–2023 годов.

Согласно отчету Global Energy Review 2025, опубликованному 24 марта 2025 года, рост спроса на энергию в 2024 году был быстрее среднего, с увеличением потребления электричества в зданиях на более чем 600 ТВт·ч (5%), что составляет почти 60% от общего роста потребления электричества. Прогнозы экологов становятся всё мрачнее, глобальное потепление из теории превращается в нашу повседневную реальность. Нам нужна энергетическая революция. Прямо сейчас.

Надежда в термоядерном синтезе

НО! Надежда есть. И имя ей — термоядерный синтез. Решение, которое буквально копирует энергию звезд. Почему? Потому что оно позволяет нам взять практически неисчерпаемое топливо прямо из морской воды, разогреть его до температуры в 10 раз горячее солнечного ядра — каких-то 150 миллионов градусов Цельсия — и получить чистую, дешёвую энергию. Без ядерных отходов, без риска цепной реакции и глобальной катастрофы.

 

Звучит как фантастика, но это проект, над которым уже сегодня работают 35 стран. Его название — ITER, что с латыни переводится как «Путь».

Так давайте вместе пройдём по этому ПУТИ и выясним, ведёт ли он в светлое будущее или упирается в очередную непробиваемую стену.

Современные проблемы энергетики

Но погодите, давайте сначала разберемся в деталях: почему же существующие источники энергии — это тупик?

Начнем с атомной энергетики. Несмотря на разговоры о ее «ренессансе» и о том, что нам стоит заново рассмотреть этот вариант, ведь более подходящего варианта уйти от ископаемых источников пока нет.

Общество так и не оправилось от крупных аварий прошлого, и вопросы безопасности остаются главным аргументом «против».

Это приводит к тому, что целые страны отказываются от АЭС. Яркий пример — Германия, которая 16 апреля 2023 года остановила свои последние три реактора, завершив процесс, начатый еще в 2001 году. По состоянию на ноябрь 2025 года, Германия продолжает полагаться на возобновляемые источники и импорт энергии, без планов на возврат к ядерной генерации, как подтверждают отчеты Clean Energy Wire и Base.bund.de. Кроме того, атомные станции — это не только дорого в постройке, но и невероятно дорого в выводе из эксплуатации, а проблема захоронения радиоактивных отходов так и не нашла универсального решения.

Хорошо, а что насчет «зеленых» альтернатив? Солнечная, ветровая, гидроэнергетика… Безусловно, они вносят огромный вклад и помогают снизить зависимость от ископаемого топлива. Но и у них есть фундаментальные недостатки. Главный — нестабильность. Солнце не светит ночью, ветер не дует постоянно. Это требует гигантских систем хранения энергии — аккумуляторов, производство которых само по себе не слишком экологично. Более того, для обеспечения энергией целых стран требуются огромные площади под солнечные панели и ветряки, что создает проблемы для экосистем и сельского хозяйства.

Да, эти технологии поддерживают нас сейчас, но в долгосрочной перспективе они вряд ли смогут в полной мере удовлетворить постоянно растущий мировой спрос на энергию. Нам нужно нечто более мощное, стабильное и безопасное. Именно здесь на сцену и выходит управляемый термоядерный синтез.

Как это работает термоядерный синтез

Кстати, важно не путать это с той ядерной энергией, которая используется на АЭС. Если на АЭС тяжелые ядра урана расщепляют на более легкие, то в термоядерном синтезе, все наоборот — легкие ядра водорода сливаются в более тяжелые. Это два совершенно разных процесса — разделение и слияние.

Термоядерный синтез, это что-то сродни тому что вы бросаете ментос в кока-колу — бросаете конфету — и внезапно начинается бурное выделение энергии. Только в реальности с газировкой это не реакция, а просто выход уже растворенного газа. В случае синтеза всё куда серьёзнее: мы «бросаем» друг в друга изотопы водорода — дейтерий (2H) и тритий (3H) — и образуется ядро гелия (4He) и нейтрон. Этот процесс сопровождается потерей массы. И это высвобождает энергию! Много энергии!

Но откуда она взялась? Тут пригодится формула Эйнштейна 𝐸= 𝑚𝑐². В этом уравнении c — скорость света, величина постоянная, и ничего сделать с ней мы не можем. А вот m — масса, тут мы можем что-нибудь и придумать. Ведь как раз эта масса и преобразуется в энергию — E.

Правда повлиять на эту m в формуле, то есть столкнуть два ядра, это уже совершенно другая задачка. Причем не простая. Для этого нужно соблюсти ряд условий:

• Достичь высокой температуры (в миллионы градусов Цельсия)
• И обеспечить очень высокое давление

И так уж работают законы физики, что соблюдаются эти условия, когда атомы превращаются в плазму — особое состояние вещества (иногда его называют четвертым), при котором электроны оторваны от ядер.

В плазме ядра движутся очень быстро и могут столкнуться друг с другом. А когда они сталкиваются, то два маленьких ядра сливаются в одно побольше, но чуток лишней энергии еще остается — и она то и преобразуется в энергию.

Но, несмотря на все сложности, мечта об управляемом термоядерном синтезе крайне привлекательна. Ведь эта технология обещает стать решением, которое гораздо совершеннее любых альтернатив:

• Она экологична. Нет углеродного следа. Из побочных продуктов — лишь безвредный гелий.
• Топливо практически бесконечно. Его можно добывать из обычной воды.
• Это безопасно. Никакой цепной реакции, как в атомных реакторах, и нет долгоживущих радиоактивных отходов.
• Именно совокупность этих невероятных преимуществ и породила мечту — создать “последний” источник энергии для человечества.

К слову, мы уже рассказывали о процессах термоядерного синтеза, которые происходят в Солнце. И по своей сути, нам всего то и нужно, что создать маленькое подобие Солнца у нас — на Земле.

Но постойте… Человечество ведь уже пыталось это сделать. Ответ на этот вопрос еще в 50-х дал академик Сахаров, создав водородную бомбу. Это и был неконтролируемый термоядерный синтез, оружие в тысячи раз мощнее того, что разрушила Хиросиму.

Самое страшное, что когда-либо создавал человек. А теперь мы хотим взять эту разрушительную силу и заставить ее работать на нас? Управлять Солнцем? Разве это вообще возможно?

Как токамак удерживает плазму?

Да, возможно! Но дьявол, как всегда, в деталях. Как раз над этой задачей — “приручить” энергию — ученые бьются еще с середины прошлого века. И это оказалось невероятно сложной задачей. Управляемого термоядерного синтеза можно достичь многими способами, и, к сожалению, магического решения — единственно верного — до сих пор НЕТ.

На сегодняшний день есть два доминирующих подхода:

• “Сжать и взорвать” — по-научному это инерциальное удержание плазмы. Суть в том, чтобы взять крошечную капсулу с топливом и со всех сторон одновременно ударить по ней мощнейшими лазерами. От этого резкого сжатия в центре этой капсулы происходит маленький термоядерный взрыв.
• “Поймать в ловушку” — это магнитное удержание плазмы. Здесь горячую плазму, загоняют в невидимую клетку из сверхмощных магнитных полей, не давая ей коснуться стенок реактора и остыть.

Есть и другие способы — гибридные (Комбинируют термоядерный синтез с ядерным делением) или просто новые подходы (высоковольтные электрические поля, Протон-борный синтез).

Жалко только метод Отто Октавиуса остался только на экране. А то было бы круто посмотреть на множество ученых, которые удерживают плазму с щупальцами на теле.

Но нас сегодня интересует лишь один конкретный метод — магнитный. Он является одним из самых первых и до сих пор одним из самых перспективных.

И назвали его очень по-научному — ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками, или ТОКАМАК. Его изобрели довольно давно — в 1950-х годах в СССР.

И кстати, поскольку это аббревиатура на русском, и она довольно сильно закрепилась в научном сообществе, то сейчас это слово везде пишут транслитом — TOKAMAK, прямо как SPUTNIK. Вот, даже советские документалки и марки делали про ТОКАМАК.

Так что же это такое? Токамак внешне напоминает бублик или пончик; геометрически именно это и называется тором вокруг которого расположена сложная система магнитов и охлаждающих устройств. В центре этой конструкции находится тороидальная вакуумная камера, из которой откачан воздух для создания почти идеального вакуума.

Эта камера заполняется смесью дейтерия и трития, являющейся топливом для термоядерной реакции. И по итогу внутри этой камеры образуется и удерживается плазма.

Роль дирижера в работе токамака играет магнитная система, состоящая из тороидальных катушек, полоидальных обмоток и центрального соленоида:

• Тороидальные катушки создают продольное магнитное поле вдоль окружности вакуумной камеры, удерживая плазму от расширения наружу.
• Полоидальные обмотки контролируют форму и положение плазмы, не позволяя ей касаться стенок камеры.
• Центральный соленоид генерирует электрический ток внутри самой плазмы, который необходим для дополнительного удержания и нагрева.

Плазма, удерживаемая внутри вакуумной камеры, поддерживается в стабильном состоянии за счёт сочетания магнитных полей от катушек и обмоток. Электрический ток, генерируемый центральным соленоидом и проходящий через саму плазму, нагревает её до экстремально высоких температур и способствует её удержанию.

Но помимо самого удержания, когда через плазму протекает электрический ток, то он ее нагревает (подобно тому как нагревается провод когда мы на него даем напряжение). Когда температура плазмы достигает около 150 миллионов градусов Цельсия, происходит термоядерный синтез: ядра дейтерия и трития начинают сливаться, образуя ядра гелия и высвобождая огромное количество энергии.

Вот примерно так и работает ТОКАМАК. И совсем не сложно, неправда ли? На самом деле, всё безумно сложно. Настолько, что даже в разгар Холодной войны стало очевидно: в одиночку ни одна, даже самая могущественная страна, с такой задачей не справится.

Нужны были немыслимое количество ресурсов и лучшие умы всей планеты. Именно с этого осознания и началась история самого амбициозного научного проекта в истории человечества.

История проекта ITER

Первые шаги к его воплощению были сделаны, когда Михаил Горбачев и Рональд Рейган встретились в Женеве и «разрезали воображаемую красную ленточку». Но даже такой дуэт как СССР и США понял, что для успеха стоит объединить больше усилий, так и родился ITER.

На первых порах к команде-участников присоединились страны Европы и Япония.Позже, когда случился развал Союза в проекте на его месте осталась Россия, но позже вернулся и Казахстан, из других стран чуть позже присоединились Индия, Южная Корея, Таиланд, Китай, Канада и Австралия.

Так что же делает этот проект таким особенным? ITER, или Международный экспериментальный термоядерный реактор, — это кульминация десятилетий исследований. Его задача — не просто построить самый большой и мощный токамак в истории, а доказать, что эта технология может быть энергетически выгодной и безопасной.

На сегодняшний день в проекте участвуют целых 35 стран! Вы просто вдумайтесь какой это беспрецедентный масштаб глобального взаимодействия! По подтвержденным данным на ноябрь 2025 года, участники включают 27 стран ЕС, Китай, Индию, Японию, Корею, Россию, США и Казахстан, как указано на официальном сайте ITER.org.

Вложились все эти страны по-крупному, так еще и вдолгую. Ведь от изначальной идеи (в 1978 году), “церемониального” старта (в 1980 г.) прошло крайне много лет до чего-то ощутимого. Реальные работы стартовали лишь в 2008 году в Кадараше на юге Франции. Неплохое местечко, неправда ли?

Кстати, если открыть ITER на гугл картах, то почти все объекты на нем заблюрены. Почему так? Проект то ведь международный и открытый. Если кто-то знает — пишите в комментарии.

Цели проекта ITER

Какие у ITER цели? Их главным образом четыре:

1. Демонстрация термоядерного синтеза

ITER стремится продемонстрировать возможность управляемого термоядерного синтеза на Земле. И это его главная задача — доказать, что это возможно и целесообразно. Просто чтобы все посмотрели и сказали — да, сжигаемое топливо это прошлый век. И стали бы строить повсюду ТОКАМАКи.

2. Генерация большего количества энергии, чем потребляется

Мало просто запустить реакцию, нужно получить от нее больше энергии, чем было затрачено. У ITER строгая цель: произвести в 10 раз больше энергии, чем требуется для работы.

Сейчас в планах добиться затрат на поддержание плазмы в 50 МВт, а реактор должен генерировать 500 МВт термоядерной мощности.

Для понимания масштаба, насколько это будет более эффективный способ добычи энергии — объем топлива размером с небольшую бутылку воды сможет обеспечить электроэнергией среднюю семью из 4 человек на целый год.

3. Отработка технологий

ITER — это не просто научный стенд, а прототип будущих коммерческих электростанций. Все разработанные технологии — от уникальных материалов до систем управления — будут доступны странам-участницам, чтобы они могли строить свои собственные термоядерные реакторы. И все страны во всех регионах смогли бы иметь одинаковые возможности доступа к энергии.

4. Экологическая чистота и безопасность

Ну и последнее — доказать, что реакторы на основе термоядерного синтеза производят минимальное количество отходов. И что мы сами себе не будем вредить, в кои то веки. Итак, цели проекта, как мы видим, более чем амбициозные. Но как их достичь?

Статус проекта ITER сегодня

Для этого ITER использует ряд беспрецедентных инноваций, находящихся на самом краю возможного. Только вдумайтесь: чтобы удержать плазму, разогретую до 150 миллионов градусов, строится крупнейшая в мире система сверхпроводящих магнитов. Её сердце — 18-метровый тысячетонный соленоид — создаёт поле в 280 000 раз мощнее земного. А для работы его охлаждают жидким гелием до минус 269 градусов Цельсия — температуры, близкой к абсолютному нулю. Стены реактора, которые будут принимать на себя адский жар, покроют бериллием и вольфрамом — самым тугоплавким металлом на планете.

Но у амбиций есть цена: колоссальные задержки и перерасход средств. Сам масштаб проекта, где более миллиона компонентов поставляются из десятков стран, порождает парадокс. Цель — расширить границы науки — становится причиной проблем. Детали от разных производителей попросту не подходят друг к другу, а международная бюрократия топит проект в бумагах. В общем, создать ручное солнце — та ещё волокита.

По состоянию на ноябрь 2025 года, проект столкнулся с дополнительными задержками: дата первого плазменного разряда отложена до 2033–2034 годов, а общие затраты превысили первоначальные на €5 млрд, как подтверждают отчеты Science.org и ITER.org. Несмотря на это, прогресс налицо: завершена сборка Control Building, успешно транспортированы крупные грузы по маршруту ITER, и запланирован Open Doors Day 29 ноября 2025 года. Также начата финальная сборка вакуумной камеры, и протестированы сверхпроводящие магниты. В августе 2025 года проект вошел в ключевую фазу — финальную сборку ядра токамака, что подтверждает отчеты на ITER.org и World Nuclear News от 9 октября 2025 года.

Да и зачем торопиться? Сотрудники ITER живут в Провансе. А благодаря важности проекта – они освобождены от налогов. Таким образом, у них не только энергия будущего безотходная, но и зарплата.

Тем не менее, прогресс идет каждый день, несмотря ни на что. Недавно проект достиг ключевых этапов: была завершена сборка вакуумной камеры и успешно протестированы сверхпроводящие магниты.

Да, медленно и дорого, но в стенах ITER создаётся будущее.

И что на самом деле важно — ITER уже зажег целую гонку за термоядерной энергией! Технологии, рожденные в рамках проекта, дали жизнь еще и десяткам частных стартапов по всему миру:

• Американская установка NIF, используя лазеры, уже получила в 4 раза больше энергии, чем вложила в топливо. По данным на ноябрь 2025 года, NIF достиг седьмого зажигания в феврале 2025 с коэффициентом усиления 2,44, а в апреле — 8,6 МДж энергии при 2,08 МДж ввода, как сообщает LLNL.
• Британский токамак JET в 2024 году установил рекорд по количеству произведенной энергии за один раз — 69 мегаджоулей.
• А французский WEST в 2025 году удержал плазму почти 22 минуты (1337 секунд), побив мировой рекорд, как указано в отчетах CEA и Phys.org.

Регуляторы, тоже не спят, и готовят почву: в США и Британии для термояда разрабатывают отдельные, более гибкие правила надзора, чтобы ускорить его внедрение. Это уже не мечта про “когда-нибудь”.

Если всё сработает, то в 2040-х мы перестанем спрашивать “получится ли термояд?”, и начнём задавать куда более приземлённые вопросы: “Где ставим следующий блок и кто тянет кабель к новому дата-центру?”. И нынешняя мечта начнет превращаться в завтрашнюю инфраструктуру.

Так что финальный аккорд простой: мы уже перестали ждать чудо — мы его собираем.

 

 

 

 

Мы научились сжигать все что горит, перенаправлять реки, ловить ветра и даже расщеплять атомы и все только ради одной цели — получение энергии. И мы придумали много разных методов ее добывать. За последние сто лет человечество увеличило потребление энергии в десять раз. И этот рост не собирается останавливаться!

Мы все с вами прекрасно понимаем, что энергии много не бывает. Но ее ведь надо откуда-то брать. И проблема в том, что тупо бесконечно сжигать уголь или газ не очень полезно. Парниковый эффект знаете ли. И это не пустые слова — средняя температура на планете выросла уже на 1 градус! Скажете что это совсем чуть-чуть? Но на самом деле нет!

Только за лето 2022 года объем ледников в альпах сократился на почти 7 процентов! За одно лето! А средний ледяной покров на северном полюсе сократился вообще на 50% всего за 50 лет. Так вот надо искать что-то менее вредное для нашего голубого шарика.

И тут стоит взглянуть вверх, ведь там крутится просто гигантский, почти вечный, термоядерный реактор, который просто как из ведра поливает нашу землю бесконечной и бесплатной энергией! Казалось бы, осталось эту энергию только как-то собрать. И вот тут начинаются сложности. Сегодня мы вам расскажем о том как работают солнечные панели и какие перспективы вообще у солнечной энергетики. Разберем все как вы любите!

История

А знаете сколько солнечной энергии попадает на Землю? Около 174 ПетаВатт! Это в десять тысяч раз больше, чем потребляет вся планета сейчас! Например, в 2019 году на Землю примерно за час попало больше энергии, чем мы потребили за весь год! А в среднем на один квадратный метр земли падает до 7 киловатт час энергии в день.

Но как же это все собрать? Давайте, как обычно, начнем немного с истории.

Все солнечные панели работают на фотоэффекте, то есть, если говорить просто, на эффекте, когда в веществе может генерироваться электрический ток под воздействием света.

Он впервые был зафиксирован аж в 1839 году французским ученым Александром Беккерелем. Однако, тогда он не смог его объяснить.

В итоге фотоэффект был открыт только спустя несколько десятков лет в Селене в 1873 году инженером из англии по имени Вилогби Смит. И уже в 1883 году была построена первая в истории солнечная панель, американским изобретателем Чарльзом Фритцом! Конечно эффективность у нее была, мягко говоря, так себе — панели переводили в энергию только 1% от попадающей на них солнечной энергии.

Однако начало было положено!

Далее довольно долго никаких нововведений не было. Примерно до 1940 года, когда некий американец Рассел Ол, работавший в Белл Лэбс, случайно не сломал кусочек кремния, и не обнаружил, что через него течет ток.

Он случайно создал так называемый P-N переход. Ну или электронно-дырочный переход по другому. Видите ли, все дело в том, что Селен, как и кремний — полупроводники. И именно это и позволяет нам наблюдать фотоэффект в них!

Напомним, что полупроводники это материалы, у которых ширина запрещенной зоны не большая, но и не маленькая. То есть если к ним приложить определенную энергию то за счет возбуждения атомов, электроны переходят в зону проводимости и они могут начинать проводить электрический ток. Можно сказать, что электроны можно от атомов как бы отрывать. А ведь свет, то есть фотоны, переносят энергию и если эта энергия достаточна, то и они могут это делать!

Структура солнечной панели

Давайте сейчас посмотрим на то как вся панель устроена! И это нас и приведет к той прекрасной физике, которая стоит за всей индустрией солнечной энергетики!

Сами панели — это, довольно простая структура, похожая на сэндвич из нескольких слоев. И над каждым из этих слоев постоянно идет работа по увеличению эффективности! Итак, давайте посмотрим, сверху вниз.

Первый слой — это просто защитное стекло. Оно естественно обязательно, иначе какой-нибудь песок или пыль все очень быстро испортят. Далее идет антиотражающий слой! Это очень важная часть — так как она повышает эффективность самой панели на пару процентов. Задача этих слоев как бы задержать фотоны света в панеле по максимуму.

Для этого используются разные материалы, но самые популярные сейчас это Оксид Кремния и Оксид Титана. Кроме того их еще и специальным образом обрабатывают, чтобы получилась определенная текстура.

Понятно, что использование дорогих материалов или просто усложнение конструкции — все это ведет к тому, что панели, а значит и энергия, которую они вырабатывают, становятся тупо дороже.

А вы никогда не задумывались почему панели выглядят как сетка? Все дело в электрических контактах! Эти тонкие линии — один и полюсов контактной сетки! И это одна из головных болей инженеров, ведь без контактов никак, а сами контакты не прозрачные для света!

Именно поэтому их делают тонкими линиями, чтобы максимально оставить возможность свету проникать во внутрь.

Ну и естественно, также электрический контакт противоположного знака есть и на обратной стороне панели!

Ну а в центре расположен тот самый PN переход о котором мы уже упоминали!
Он и является ключем к тому как работают солнечные панели!

Давайте сейчас разберемся с тем как все это работает и что за магия там участвует.

Вспоминается старая шутка, что если не учить физику в школе, то вся жизнь будет наполнена чудесами и волшебством!

Нам надо немного погрузиться в теорию.

Теория работы

Для простоты будем говорить о классической планетарной модели атома!

Кремний сам по себе имеет четыре электрона на внешней оболочке. И этими электронами он связывается с соседними атомами Кремния. Можно сказать, что эти электроны на внешней оболочке как руки, которыми кремний держится друг за друга, таким образом создавая кристаллическую решетку.

Но в реальном мире чистый кремний используется довольно редко. Все дело в очень плохой проводимости чистого кремния. В индустрии гораздо чаще используется, так называемый легированный кремний. Это кремний, куда, при его производстве, помещены специальные добавки. При чем эти добавки очень малы, в чистый кремний обычно добавляют всего 1 атом на каждые 100 миллионов атомов кремния! Хотя конечно степень легирования зависит от требований к материалу.

И обычно добавляют два типа атомов — Фосфор или Бор. Почему именно их?

Все дело в их электронной структуре! Они идеально встраиваются в кристаллическую решетку кремния. Но с отличием — у фосфора на внешней оболочке 5 электронов, а у бора — 3. При этом происходит интересная ситуация. Например когда легируют Фосфором, то в том месте, где он находится, появляется один лишний неспаренный электрон, которому как бы некуда пристроиться.

Получается, что если приложить энергию, то их можно отсоединить от фосфора и они могут начать свободно перемещаться по материалу! Такие полупроводники, с как бы лишними электронами, называют полупроводниками N-типа. От английского Negative.

То же самое происходит и с Бором, только наоборот. Получается ситуация, когда остается одно свободное место. И оно называется просто дыркой. И такие полупроводники называют P типа. Соответственно от английского Positive.

И вот если два типа кремния сложить вместе, то на их границе получается этот P-N переход, или электронно-дырочный переход. На самом деле P-N переход открыл нам дорогу ко всем современным процессорам, да и вообще ко всей микроэлектронике в целом! А вот дальше происходит красота физики. В этом P-N переходе лишние электроны из фосфора N-типа, за счет близости к дыркам, начинают объединяться с дырками в P-типе! И эта образованная область называется зоной обеднения.

В результате пограничная область N-типа, из-за того, что часть электронов от туда ушла, оказывается чуть-чуть заряжена положительно, а P-тип соответственно отрицательно!

Давайте еще раз — за счет объединения электронов и дырок, P и N стороны оказываются чуть чуть заряжены положительно и отрицательно! А это и есть необходимая нам разность потенциалов! А если подключить это в электрическую цепь, то просто появляется электрический ток! За счет того что свободные электроны из одной области побегут в другую.

Но конечно нельзя делать электричество из ничего! Помните я говорил, что нужна энергия чтобы возбудить электроны! И именно для этого нам нужен свет. Ведь фотоны это частицы света, которые летят с определенной энергией. И они стукаются о наши атомы как шарики в боулинге — передавая им часть энергии.

Интересно, что эти энергии лежат как раз в том промежутке, который долетает до поверхности Земли, а именно ближний ультрафиолет, видимый спектр и ближний инфракрасный свет! Когда эти фотоны сталкиваются с атомами в нашем P-N переходе, и снова разваливают нашу электронно-дырочную пару.

Ну а далее может произойти два сценария: либо электроны сразу найдут себе пару в виде дырки где-то рядом, либо же, за счет разности потенциалов в P-N переходе, пойдут в подключенную цепь.

То есть они все равно хотят объединиться с дырками, но сделают уже это в области с большим количеством свободных дырок! А это другая сторона P-N перехода, то есть P-сторона.

Я знаю, что все это звучит немного запутанно, но давайте попробуем подвести тут некий итог. Фотоны света могут выбивать электроны с внешних оболочек атомов. Эти выбитые электроны на своем месте образуют дырку. Эти электроны и дырки как бы мигрируют к противоположным сторонам П-Н перехода. А электроны, за счет образовавшейся разности потенциалов, текут через электрическую цепь! Вот так мы и научились собирать энергию солнца!

Состояние дел

Но надо сказать, что эффективность современных панелей — это главная головная боль инженеров и ученых. Если мы говорили, что первое поколение панелей преобразовывали лишь 1% света в энергию, то сейчас это уже доходит до примерно 50%.

В реальности же эффективность большинства современных панелей колеблется в районе всего 20%. При этом со временем эта эффективность еще и падает на 2-3%.

При этом уже сегодня солнечная энергия чуть ли не самая дешевая среди всех источников энергии. Если в 1977 году она стоила баснословные 76 долларов за всего 1 ватт, то уже сейчас цена всего около 18 центов. Падение в 400 раз!

Но и это не рекорд. Самый дешевый киловатт был получен В 2021 году в Саудовской Аравии. Всего 1 цент за киловатт!

И это только начало массового перехода на возобновляемые источники. Cуммарная мощность всех установленных панелей в мире более одного тераватта! А в Европейском союзе и Китае например солнечная энергия дает более 6% всей энергии! В общем? рост всей отрасли очевиден, как и перспективы. И инвестиции в эту область просто колоссальные. А все потому что сама технология довольно простая и дешевая в реализации!

Это не уголь или газ, которые действительно не делают нашу жизнь здоровее, и не атомная энергетика, которая очень сложная и дорогая!

Да и еще и сами панели, по современным расчетам, могут служить беспрерывно до 30 лет! Хотя конечно поверхность панелей надо иногда чистить от пыли.

На самом деле такими темпами нам стоит ожидать, что уже в ближайшие лет 15-20 развитые страны смогут полностью перейти на возобновляемые источники энергии.

Но конечно тут многие задают справедливый вопрос — мол это все конечно звучит красиво и перспективно, но что делать ночью? Или зимой? Или когда тучи? И конечно, важно не только сколько энергии производится, но еще и возможность ее бесперебойного поступления потребителям!

И вот тут в игру вступают другие источники энергии! Человечество находится в постоянном поиске новых источников энергии! Геотермальная энергия, ветер, сила приливов и отливов, волны!

Кроме того рассматривается возможность создания энергосети, которая бы опоясывала всю планету! То есть когда на какой-то стороне земли темно — ее питает обратная сторона, где день. Все это разрабатывается в данный момент.

Конечно учеными сейчас исследуются и новые типы материалов для панелей! Например, панели на основе так называемых перовскитов уже показывают эффективность около 30%. При этом материалы относительно спокойно подходят для массового производства.

Но есть еще и другая очень важная сфера исследований, а именно возможность сохранения больших запасов энергии!

У Tesla есть очень интересный вариант с батареями на стенках, которые сохраняют энергию днем, а ночью — тратишь или даже продаешь излишки! От нихе же можно даже заказать целую крышу для дома, приедут мастера и полностью поменяют черепицу на специальные солнечные панели. Да и гарантию дают аж в 25 лет! Это вам не iPhone с гарантией в 1 год.

При этом Tesla использует в своих Power Wall старые батареи из своих автомобилей! Почти безотходное производство.

Выводы

Мы пытаемся смотреть на мир и его развитие в позитивном ключе и нам очень нравится то разнообразие и та скорость развития которую мы набрали в плане возобновляемых источников энергии!

Велика вероятность, что уже очень скоро солнечные панели станут настолько дешевыми, что любой сможет себе просто крышу дачного дома застелить ими и жить практически полностью на самообеспечении! Ведь уже сейчас в солнечных странах срок окупаемости установки таких панелей всего около 5-7 лет! Индустрия активно развивается! Ну а мы будем следить за ее развитием. А закончить хочется актуальной философской мыслью, что после самой темной ночи всегда наступает рассвет!

Спутник, используемый Обсерваторией солнечной динамики NASA, запечатлел изображение «улыбающегося» Солнца. Снимок был сделан благодаря корональным отверстиям на поверхности Солнца, которые при ультрафиолетовом освещении выглядят как темные вырезы. Две из дыр похожи на мерцающие глаза, а третья, кажется, образует хитрую ухмылку.

«Увиденные в ультрафиолетовом свете, эти темные пятна на Солнце известны как корональные дыры и являются областями, где быстрый солнечный ветер вырывается в космос», — описало NASA.

В тему Хэллоуина пользователи Twitter поспешили сравнить кажущееся улыбающимся Солнце с вырезанной тыквой. Один из пользователей отметил, что солнце имеет жуткое сходство с детским солнцем из «Телепузиков».

Порывы солнечного ветра, которые привели к образованию солнечных корональных дыр, могут означать, что на Землю скоро обрушится буря. Хотя такие бури случаются редко, в прошлом они приводили к отключению электричества в некоторых частях планеты.

Космос — это загадочная штука! В нем просто безумное количество тайн… И звезды являются одной из самых хорошо изученных частей космоса. Большинство информации о том, как вообще функционирует вселенная, мы получили изучая именно их. Яркие звезды в бесконечной вселенной — просто отличный объект для изучения: их поведение, сляния, взрывы!

А изучая их спектры излучения, размеры и другие параметры, мы можем получать информацию и о самих звездах! Для изучения далеких звезд строят гигантские телескопы на Земле и запускают в космос. Достаточно вспомнить телескопы Хаббл и Джеймс Уэбб. О последнем у нас кстати есть два классных материала — зацените их! Однако, для детального изучения самих звезд иногда нужно смотреть не так далеко. Ведь ближайшая звезда находится у нас практически за углом. Всего в 150 миллионах километров от Земли находится наше Солнце. Звезда подарившая и поддерживающая нашу жизнь на этом голубом шарике. И казалось бы, запустил кучу спутников к нашему Солнцу и изучай сколько влезет. Но оказалось, что запустить что-то к Солнцу так же трудно, как и отлететь от него!

Сегодня мы расскажем вам о двух самых знаковых миссиях к нашей звезде последнего времени — а именно о миссии Solar Orbiter и Parker Solar Probe. И объясним, что сложного в этом всем, посмотрим на нашу звезду в высоком разрешении. Только посмотрите на эту красоту! Оригинал, кстати, в разрешении 83Мп!

И вообще расскажем, как человечество практически коснулось Солнца и не обожглось!

Почему сложно добраться до Солнца?

Давайте начнем как обычно с вопроса. Как добраться с Земли до Солнца?

Все вы знаете, что тяжелые объекты во вселенной притягивают к себе все, что есть рядом. И вроде бы — запустил от Земли в сторону Солнца ракету она туда спутник принесла, а дальше Солнце уже само его притянет. Но есть проблема. Земля крутится вокруг Солнца с угловой скоростью около 30 км/с. А значит, чтобы полностью компенсировать эту скорость и как бы упасть на Солнце, потребуется как-то сбросить всю эту скорость.

А ракет, которые бы смогли нам обеспечить такое огромное торможение, просто нет! Нужны просто колоссальные энергии и запасы топлива!

Понятное дело, что это очень условно и что в реальности все гораздо сложнее. А это мы еще не учитываем сам вывод на орбиту Земли, то есть преодоление гравитации нашей планеты. Тут сначала надо набрать скорость около 9 километров в секунду скорости относительно Земли. А потом как-то надо затормозить, чтобы снизить скорость относительно Солнца! В общем, это действительно очень сложная задачка для орбитальной механики. Но человечество ее решило!

За счет специальных гравитационных маневров у Венеры, можно затормозить так, чтобы попробовать приблизится максимально близко к Солнцу! И вот путем корректировки курсов при подлете к Венере можно контролировать то, насколько близко можно подобраться к Солнцу! Но надо сказать что все равно для запуска нужны очень мощные ракеты. И чем ближе надо подобраться к Солнцу, тем мощнее они должны быть и тем меньше масса самого спутника необходима!

Так вот Зонд Паркера был запущен в 2018 году на ракете Delta 4 Heavy, а Solar Orbiter был запущен на ракете Atlas-5. На такой же ракете, на которой запускали недавно телескоп Джеймса Уебба. Обе эти ракеты считаются одними из самых мощных из существующих на данный момент! Кстати, посмотрите на график скорости и приближения Зонда Паркера к Солнцу!

Видно, что при последних маневрах, которые на графике под номерами 23 и 24, он будет лететь со скоростью около 190 километров в секунду! Только вдумайтесь в эти невероятные скорости. Из Москвы в Питер всего за 4 секунды!

При этом Зонд сможет подойти к Солнцу очень близко! И пролететь всего в 6 миллионах километров от поверхности нашего светила! Вот на что способны гравитационные маневры!

Solar Probe же летает сильно дальше от Солнца — почти в 40 миллионах километров от Солнца.

Защита от тепла

Итак, мы поняли как подлететь к Солнцу. Но тут же мы сталкиваемся с еще одной очень серьезной проблемой. В космосе — это в целом очень сложная задача, а когда ты летишь так близко к самому горячему объекту во всей планетарной системе эта задача становится просто критичной! И дело даже не в температуре на поверхности Солнца!

Все мы знаем, что температура на там около 5 с половиной тысяч градусов Цельсия. В целом, не такое и большое значение для космических масштабов. И казалось бы, все что над ней должно только уменьшаться, ведь там холодный космос и больше ничего.

Ведь у Солнца, как и у Земли есть своего рода атмосфера. У нас это тропосфера-стратосфера-мезосфера. И чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится. У Солнца тоже же есть фотосфера-хромосфера и самая верхняя — корона.

И вот тут начинается необычное, ведь температура в короне Солнца во много раз больше и может достигать аж 3 миллоионов градусов!

И главное, что никто не знает, почему это так! Почему температура в короне Солнца настолько выше, чем на ее поверхности! А последние данные говорят о том, что корона Солнца может быть в 12 раз больше солнечного радиусу, то есть речь идет о расстоянии в 8 миллионов километров!

То есть Зонд Паркера пролетает прямо сквозь корону! Понятное дело что из-за того, что концентрация в короне этих горячих частиц не такая большая, то и нагрев будет не очень быстрый, но это все равно очень большие температуры. Оба спутника будут подвержены просто невероятному излучению. Например посчитано, что Solar Orbiter будет нагрет до температуры около 500 градусов. А вот Зонд Паркера вообще будет нагреваться до почти 1400 градусов!

Конечно для защиты надо сделать специальный экран, иначе все оборудование просто не выдержит такого нагрева. Поэтому давайте разберемся с защитой!

Для Зонда Паркера был разработан специальный защитный экран и состоит он из многослойной структуры. Его основой служит толстый слой пены из углерода. Это специальная пена, которая на 97% просто пустая. А пустое пространство, в космосе это вакуум — отличный изолятор тепла! На него нанесен тонкий композит, который также сделан из углерода, для более равномерного распределения тепла.

Ну и наконец на поверхность нанесена белая керамическая краска, чтобы отражать как можно больше тепла попадающего на защитный экран!

На самом деле создать такой экран — сложнейшая инженерная задача, ведь разные материалы расширяются по-разному. А с учетом того, что с одной стороны там тысяча градусов, а с другой холодный космос, задачка становится действительно трудной.

Задачи миссий

Ну давайте наконец-то посмотрим на задачи и результаты этих двух миссий. Вообще команды тесно сотрудничают и обе должны сильно расширить наше понимание Солнца, а значит и других звезд во вселенной.

Итак, основная задача Зонда паркера — это сбор данных о солнечной короне, ее составе и энергии частиц. И спутник уже собрал просто потрясающие данные. Только посмотрите на видео. Напоминает снег за окном, но вообще это все заряженные частицы в короне солнца!

И это только девятый пролет! А в ближайшие пару лет будет еще более десяти, которые будут еще ближе к поверхности солнца, что даст нам еще больше информации. Но уже, так или иначе, можно сказать что человечество коснулось Солнца!

Ну а что же со второй миссией, с Solar Orbiter?

В задачи миссии также входит изучение магнитного поля короны звезды, а также процесс зарождения солнечного ветра и ионизации частиц. Ну и конечно как происходят вспышки на Cолнце!

Кстати про солнечный ветер тоже очень интересно. Ученые знают, что он образуется в короне звезды, но никто не понимает почему! Так же как и с температурой самой короны, которая сильно выше температуры поверхности!

Но одной из основных задач является съемка Cолнца в высоком разрешении. И совсем недавно команда из Европейского Космического Агентства показала нам результаты.

Это огромная фотография с разрешением в 83 мегапикселя! Точнее это 25 фотографий, которые слепили в одну. Только посмотрите на эту красоту, можно долго разглядывать мельчайшие детали! Или нарезать волпейперов для смартфона на худой конец.

Использовалась специальная камера, которая снимает в экстримальном ультрафиолетовом спектре. Она имеет разрешение 2048 на 2048 пикселей с размером пикселя в 10 микрометров, и фокусным расстоянием более чем 4000 мм.

​​

Это просто очень красиво! Интересно, что снимки были сделаны в диапазоне экстремального ультрафиолета с длиной волны всего в 17 нанометров, что сильно меньше, чем длина волны видимого света.

Выводы

Вот такие вот последние новости из мира космоса и нашего Солнца, которые позволяют нам узнавать все больше и больше о том как устроена наша вселенная. Все это маленькие кусочки огромного пазла!

Продолжаем поиски интересных гаджетов, притаившихся по стендам Mobile World Congress 2016.

Борис Веденский знакомится и одновременно рассказывает о защищённом смартфоне Kyocera, заряжаемым от солнечного света.
(далее…)

Июль месяц — самый разгар лета и отличная возможность насладиться солнечной и жаркой погодой, если вы живёте не в Санкт-Петербурге, разумеется.

Редакция Droider отыскала 5 гаджетов, работающих на энергии звезды по имени Солнце.
(далее…)

20 марта 2015 года запомнится многим полным солнечным затмением, когда Луна закроет Солнце в некоторых точках земного шара.

Жители России совсем скоро смогут увидеть необычное астрономическое явление. Тем временем, редакция Droider собрала всю необходимую информацию и реакцию интернет-аудитории на событие.
(далее…)