В Британии поняли, как раскрыть потенциал термоядерных реакторов. Это полностью изменит нашу энергетику
Научпоп13 мая 2021, 20:03
Термоядерный синтез — это реакция, которая питает наше Солнце и другие, менее известные нам звезды. Использование подобного источника энергии здесь, на Земле, уже давно считается если не решенным вопросом, то вполне реализуемым. Ведь термоядерный реактор открывает перед человечеством огромные перспективы — используя минимальное количество топлива, мы можем получать огромное количество энергии, при этом не производя никаких отходов, которые вредили бы нашей экологии. Ну разве не мечта?
Более того — одним из ключевых преимуществ термоядерных реакторов является их безопасность. Новый Чернобыль невозможен в условиях термоядерной реакции, ведь в случае проблем плазма мгновенно затухает и остывает.
Работа термоядерного реактора на самом деле достаточно несложная для общего понимания. Атомы водорода под воздействием тепла и давления сливаются, образуя гелий. Во время этой реакции они выделяют невероятное количество энергии.
Однако есть небольшая загвоздка: если на Солнце температура в сотни миллионов градусов — это обычное дело, то здесь это сделать не так просто. Обычно для таких целей используются установки под названием токамак. При такой температуре газ превращается в плазму — и самой сложной задачей является удержание этой плазмы. Звездам легко — у них есть огромная гравитация, а вот людям приходится создавать различные магнитные поля.
Самой сложной задачей для инженеров является не сам процесс слияния водорода и удержание крутящейся плазмы, которая появляется в результате реакции. Намного сложнее сделать так, чтобы реактор потреблял меньше электроэнергии, чем вырабатывал. Например, лучшим результатом действующего термоядерного реактора JET было получение 67% от затраченной на реакцию энергии.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Уже в этом году британские ученые могут попытаться улучшить этот результат и получить «излишки» электроэнергии. Команда Commonwealth Fusion Systems (CFS) создала новый магнит, который, как они верят, поможет это сделать.
Это магнит в форме буквы D весом в 10 тонн. В реакторе будут размещены 18 таких магнитов. Он достаточно велик, чтобы через него мог пройти человек, а его поверхность покрыта 300 километрами специальной ленты.
Именно в ней кроется секрет этого магнита — этот материал называют «инженерным подвигом, на разработку которого ушли десятилетия». На металлическую ленту нанесены тонкие слои редкоземельного оксида бария-меди, соединения, которое при охлаждении выступает в качестве чрезвычайно эффективного проводника. Для термоядерного реактора это чрезвычайно важно, так как через него будет проходить 40 тыс. ампер, что достаточно для питания небольшого города.
Главный исполнительный директор CFS Боб Мамгаард объясняет, что сейчас ученые будут использовать аналог обычного холодильника, который стоит у вас дома, в то время как раньше исследователям приходилось строить холодильники размером с дом.
Еще одна британская компания — Tokamak Energy — недавно заявила, что станет первой частной компанией, которая достигнет температуры плазмы в 100 млн градусов. Для создания и удержания такой плазмы там создали новый сферический токамак ST40, а немалую роль в будущем достижении компании должны сыграть новые магниты, над которыми в компании работали около пяти лет.
Инженер Tokamak Energy Грег Бриттлс объясняет, что сила, которую генерируют магнитные поля их токамака, будет в два раза мощнее, чем давление на дне Марианской впадины (108,6 МПа, что примерно в 1072 раза больше нормального атмосферного давления на уровне Мирового океана).
Дэвид Кингхэм, один из основателей Tokamak Energy, уверен, что в мире уже началась настоящая гонка за возможностью создать первый термоядерный реактор, который будет вырабатывать «излишки» энергии.
О самом крупном подобном проекте мы писали ранее. Консорциум стран строит ITER — Международный экспериментальный термоядерный реактор. Работа над конструкцией реактора началась в 1988 году, а к его строительству приступили аж в 2008 году.
В июне экспериментальная установка начнет синтезировать изотопы водорода — тритий и дейтерий. Полноценный же запуск реактора запланирован аж на 2035 год — и не факт, что в реальности нам не придется ждать этого еще дольше.
Именно поэтому сейчас частные инвесторы больше интересуются работой более компактных конструкций, которые не требуют миллиардных вливаний. Они уверены, что теперь есть смысл вкладываться в меньшие проекты чем ITER. Если раньше перспективы термоядерных реакторов были достаточно туманными, то теперь все меняется. Ну и соревноваться есть за что — мировой рынок электроэнергии оценивается примерно в $3 трлн, а со временем, вероятно, он станет еще больше.