США, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ЭЛЬДОРАДО
Юрий Кирпичёв...Эта прекрасная новость означает скорое снятие всех энергетических и экологических, связанных с загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением, проблем. Хотя нефтяные компании вряд ли обрадуются термоядерному Эльдорадо, равно как и страны, экономика которых держится в основном на экспорте углеводородов. Запад в очередной раз показывает России, что в науку вкладывать деньги гораздо выгоднее, чем в дворцы олигархов, поместья Путина и добычу сырья…
Одно время большие надежды возлагались на термояд, но 60 лет усилий пока не привели к большим успехам. Пять лет назад начала работу гигантская ливерморская экспериментальная установка NIF (National Ignition Facility), на которой с помощью 192 мощных лазерных лучей, сведенных вместе, осуществляется динамическое сжатие и испарение крупинки дейтериево-тритиевой смеси, разогрев полученной плазмы до миллионных температур - и термоядерная вспышка! Там уже смогли получить больше энергии, чем подводится к мишени, идет отработка технологий, подбор конструкций капсул топлива, создан большой задел на будущее, но удастся ли создать на этой базе промышленную энергетическую установку, пока неясно.
Еще более грандиозную машину строят сейчас на юге Франции - это ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), международный экспериментальный термоядерный реактор, гигантский токамак (тороидальная камера с магнитными катушками), колосс массой 23000 тонн. Каждая катушка тороидального поля весит около 300 тонн, имеет высоту 15 метров и ширину 9. А их общий вес 6540 тонн! Они намотаны из сверхпроводящего кабеля, заключенного в оболочку из того же сплава. Внутри кабеля проходят каналы для циркуляции жидкого гелия. Всего будет произведено 19 катушек (одна запасная): 10 в Европе и 9 в Японии.
7 октября на сайте ITER появилось сообщение о начале работ по возведению стен Здания Трития. Установлен первый пилон. Но дело идет трудно. Стоимость стройки первоначально оценивалась в 5 млрд. евро, однако к июлю 2010 г. она выросла до 15млрд. евро, а сейчас оценивается в $50 млрд! Да и срок начала экспериментов с плазмой сдвинулся с 2016 года на 2020-й, а на полную мощность ИТЕР выйдет лишь в 2027 г. Промышленное же производство энергии на его преемнике DEMO ожидается не ранее 2045 года.
Для того, чтобы ядра трития вступили в реакцию слияния с ядрами дейтерия, топливо будет нагреваться до 150 миллионов градусов, что в десятки раз больше, чем в ядре Солнца. На ITER надеются продемонстрировать возможность коммерческого использования термоядерного реактора и решения физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути, а их, как мы видим, хватает.
В общем, очень дорого, сложно и долго! Зато 15 октября неожиданно пришло радостное известие из США: агентство Рейтерс сообщило, что корпорация Локхид Мартин совершила технологический прорыв в разработке источников энергии на основе ядерного синтеза и первый реактор, достаточно компактный, чтобы уместиться на грузовике, может быть готов к работе уже в течение ближайшего десятилетия.
Том Мак-Гуайр, возглавляющий проект, говорит, что его небольшая команда работает над темой в рамках программы подразделения SkunkWorks около четырех лет и теперь они решили пойти на публикацию сообщения с целью поиска потенциальных партнеров в индустрии и правительстве для продолжения работ. Skunk Works - это неформальное, но устоявшееся название отдела Advanced Development Programs (ADP), на счету которого такие блестящие разработки, как самолеты U-2, SR-71 Blackbird, F-117 Nighthawkи суперсовременный F-22 Raptor. Нынешний главный авиапроект - F-35 LightningII.
Речь идет о т.н. highbetafusionreactor, известном также как прототип T4. Первое сообщение о нем появилось 7 февраля 2013 года, во время телевыступления Чарльза Чейза, тогдашнего руководителя команды разработчиков, но большого внимания не привлекло. Такого рода сообщения о революционных прорывах появляются едва ли не каждый год и, к примеру, итальянский шарлатан Росси давно обещает залить мир дешевой энергией с помощью своего "ядерного чемоданчика", работающего на т.н. "холодном синтезе". Мол, вот-вот он будет продаваться в сети магазинов HomeDepot!
Оказалось, зря не прислушались. Не к Росси, а к Чейзу - он хоть и не акцентировал на этом внимания, но фактически выступал от имени Локхид-Мартин, а это серьезно.
Параметр ? определяет отношение давления плазмы к магнитному давлению и показывает эффективность удержания плазмы. Принципиальная проблема токамаков в том, что там бета не превышает 0,1, чем и обусловлены их огромные размеры, тогда как в модели Мак-Гуайра параметр будет близок к 1, что позволит сделать реактор компактным.
Первоначальные проработки показали возможность строительства реакторана 100 мегаватт размером 20 на 23 фута, что в десять раз меньше существующих и проектируемых конструкций. Локхид утверждает, что может построить и испытать опытный образец менее чем за год, а прототип промышленного реактора за пять лет. Такие реакторы помогут кораблям флота США, в том числе ядерным подлодкам и авианосцам, полностью отказаться от использования громоздких ядерных реакторов, требующих периодической замены, а также от всех иных видов топлива. 100 мегаватт достаточно для обеспечения энергией 80000 домов при этом реактор будет потреблять всего 25 кг топлива в год.
В последние годы этот крупнейший подрядчик Пентагона все больше внимания уделяет различным проектам в области альтернативной энергии, включая несколько океанских, и похоже на то, что деятельность в этой области настолько перспективна и успешна, что его доля в оборонных заказах США и Европы уменьшается. Если эта попытка окажется успешной, достижение Локхид будет означать ключевой прорыв в той области, которую ученые считают многообещающей в далекой перспективе, но в которой пока не появилось реальных энергетических систем.
"Мы можем произвести большие перемены на энергетическом фронте" - заявил Мак-Гуайр, отметив 60-летний опыт Локхид в исследовании термоядерного синтеза как источника энергии более безопасного и эффективного, чем существующие реакторы на основе расщепления ядер. Компактные новые реакторы, использующие дейтерий-тритиевое топливо, будут производить гораздо меньше отходов, чем угольные электростанции, генерируя в 10 млн. раз больше энергии на единицу топлива.
Дейтерий можно без проблем добывать из океанской воды, а тритий нарабатывать в ядерных реакторах, облучая нейтронами изотоп лития. Пока что он очень дорог (более $30 млн. за килограмм), но будущие реакторы смогут использовать различные виды топлива, полностью исключив при этом радиоактивные отходы. По словам Мак-Гуайра, компания имеет несколько патентов в этой области и теперь, имея первые результаты, ищет партнеров в научных кругах, промышленности и правительственных лабораториях для продвижения работ.
К сообщению следует отнестись со всей серьезностью: Локхид - крупнейшая в области ВПК компания мира, она не станет бросать слов на ветер и жертвовать репутацией. Эта прекрасная новость означает скорое снятие всех энергетических и экологических, связанных с загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением, проблем. Хотя нефтяные компании вряд ли обрадуются термоядерному Эльдорадо, равно как и страны, экономика которых держится в основном на экспорте углеводородов. Запад в очередной раз показывает России, что в науку вкладывать деньги гораздо выгоднее, чем в дворцы олигархов, поместья Путина и добычу сырья…
В отличие от токамаков с их тороидальной камерой, плазма в реакторе Локхид удерживается в так называемой магнитной бутылке, концы которой закупорены магнитными зеркалами, где очень сильное магнитное поле заставляет ее частицы отражаться. Нагрев плазмы происходит с помощью СВЧ-излучения, как в обычной микроволновке.
Академик В.Е. Захаров так откликнулся на сообщение Локхид: "Принцип удержания плазмы при помощи магнитной бутылки был предложен Г.И. Будкером еще в пятидесятых годах. Там есть свои проблемы - "конусная" неустойчивость. Экспериментальная установка, работающая на этом принципе, есть в Новосибирске. Руководил работами акад. Э.П. Кругляков. Он говорил перед смертью, что это направление имеет перспективы".
Такие реакторы не только компактны, что решает проблему энергоснабжения кораблей, отдаленных поселков и баз, но и безопасны, они не могут ни расплавиться, ни взорваться. К тому же они весьма перспективны для межпланетных путешествий - недаром МакГуайр работает над космическим их применением. Полет на Марс с таким двигателем займет всего один месяц!