Термоядерна енергетика може врятувати людство. Але є одна маленька проблема

25 травня, 08:03
Ексклюзив НВ
Ядерний синтез може допомогти подолати енергетичну та екологічну кризу, до якої поступово рухається наша цивілізація. (Фото:Damien Jemison/Handout via REUTERS)

Ядерний синтез може допомогти подолати енергетичну та екологічну кризу, до якої поступово рухається наша цивілізація. (Фото:Damien Jemison/Handout via REUTERS)

Людство ще не опанувало ядерний синтез, а вже зіткнулося з перспективою нестачі палива для нього. Наскільки критичною є ситуація?

Термоядерна енергія може стати порятунком для людства. Незважаючи на жахливу назву, саме ядерний синтез може допомогти подолати енергетичну та екологічну кризи, до якої поступово рухається наша цивілізація.

Відео дня

Насправді вчені пророкують великі прориви в цій сфері ще із середини ХХ століття, однак ми досі так і не навчилися отримувати надлишок енергії (тобто така кількість енергії, яка перевищувала б обсяг енергії, витрачений на підтримку термоядерної реакції). Поступово це поле захоплюють невеликі компанії, які менш бюрократизовані та швидше реагують на виклики, аніж великі науково-дослідні інститути або наукові колаборації на кшталт ITER, завдяки чому ситуація, на думку експертів, справді змінюється.

Рано чи пізно вчені знайдуть спосіб отримати більше енергії, ніж потрібно для роботи реактора ільше того, перші успіхи в цьому напрямку вже є). Проте недавно експерти почали говорити про нову проблему, яка може перекреслити всі зусилля дослідників. На планеті закінчується тритій.

Як працює ядерний синтез

Брак тритію може стати серйозною проблемою для майбутнього термоядерної енергетики. Цей ізотоп водню є паливом ядерного синтезу: ядра дейтерію та тритію зливаються в нагрітій плазмі, перетворюючись на гелій і виділяючи енергію. Саме ця комбінація вважається найперспективнішою з практичної точки зору, оскільки дейтерій і тритій плавляться за відносно низької температури.

Однак якщо виробляти дейтерій ми навчилися, видобуваючи десятки тисяч тонн на рік, то з тритієм ситуація набагато складніша. Згідно з останніми оцінками, у світі залишилося всього 20 кілограмів тритію, а видобувати новий далеко не так просто. Зараз саме тритій можна назвати найдорожчою речовиною на Землі — один грам тритію коштує $30 тис.

Експерти стверджують, що працюючим термоядерним реакторам потрібно до 200 кг тритію на рік. Враховуючи, що багато реакторів живляться за рахунок цієї комбінації ізотопів, а також перспективу того, що дослідження затягнуться далі 2050-х років, людство банально може вичерпати всі запаси тритію, перш ніж воно приборкує енергію, що живить наше Сонце.

Проблему додає й те, що тритій швидко розпадається. Його період напіврозпаду становить трохи більше 12 років — відповідно більшість реакторів, серед яких ITER — найбільший міжнародний проект з вивчення та практичного дослідження термоядерної енергетики, — так і не дочекаються палива для своєї роботи.

poster
Дайджест головних новин
Безкоштовна email-розсилка лише відбірних матеріалів від редакторів НВ
Розсилка відправляється з понеділка по п'ятницю

Наразі вчені отримують тритій за допомогою важководних ядерних реакторів — специфічних реакторів поділу, який як теплоносія та сповільнювач використовує важку воду. Однак 26 таких реакторів виробляють близько 2,5−3 кілограмів тритію на рік — цього достатньо для досліджень, проте надзвичайно мало для постійної підтримки роботи термоядерного реактора.

І навіть будівництво нових «тритієвих заводів» не допоможе, адже тоді втрачається весь сенс термоядерного реактора. Учені хочуть приборкати зіркову енергію не тому, що це звучить круто (хоча звучить, дійсно, круто), а тому, що це набагато безпечніший і екологічніший спосіб отримувати енергію. Фактично, це найприродніший процес з тих, що є у Всесвіті. А подібний видобуток тритію нівелює всю чистоту процесу — це як створювати нову Tesla із бензиновим двигуном.

Які альтернативи?

Вчені давно знали про цей камінь спотикання, а тому працювали над тим, щоб знайти альтернативні способи видобутку тритію — і навіть намагалися повністю замінити його на досягнення ядерного синтезу.

Рятівником може стати реактор-розмножувач — ядерний реактор, який одночасно спалює паливо та паралельно виробляє його. Для цього токамак — установка у формі пончика для магнітного утримання плазми — планують оточити «ковдрою» з ізотопу літію-6, молекули якого при зіткненні з нейтроном з реактора створюють «додатковий» тритій, який потім можна витягти і використовувати для подальшого живлення реактора.

Теоретично це робоча схема, проте практичні дослідження поки що нам недоступні. Спочатку вчені розраховували провести випробування в рамках ITER, проте через роздутий майже в п’ять разів бюджет ці роботи довелося відкласти, а «ковдру» замінити на невеликі «шматки» літію, які будуть побудовані навколо токамака.

Повномасштабні ж дослідження можна буде провести вже після 2035 року, коли з’являться нові покоління реакторів. Однак це далеко не найкращий шлях, адже в такому разі ми можемо залишитися без тритію ще до початку таких досліджень. Крім того, на них піде чимало часу, через що людство буде без робочих термоядерних реакторів практично до кінця століття — фактично вони стоятимуть без роботи, навіть якщо вчені знайдуть спосіб зламати ядерний синтез.

Є й інші способи видобутку тритію, проте на даний момент вони у кращому разі претендують на звання резервних стратегій через свою дорожнечу. Тому зараз багато вчених дедалі скептичніше ставляться до ITER та інших проектів, які використовують тритій для видобутку термоядерної енергії, і дивляться у бік альтернатив.

Наприклад, каліфорнійська компанія TAE Technologies намагається побудувати термоядерний реактор, що використовує водень і бор, який стане доступнішою альтернативою дейтерій-тритієвому ядерному синтезу. У компанії очікують, що зможуть видобути більше енергії, ніж потрібно для підтримки реакції вже до 2025 року. Це, напевно, надто оптимістичні, але все одно інтригуючі плани — якщо альтернативу тритію таки буде знайдено, то людство залишатиме шанси все-таки дійти комерційно вигідної термоядерної енергії.

Ще одним порятунком може виступити гелій-3, який також може виступати як термоядерне паливо. Нещодавно вчені несподівано навіть для себе виявили достаток цього ізотопу на Землі — потенційно він може бути в десять разів більш поширений на планеті, ніж вважалося раніше. Крім того, значні запаси гелію-3 є на Місяці — зараз це здається нереальним, проте на протязі кількох десятиліть ми можемо навчитися видобувати корисні ресурси не лише на Землі, що стало б дуже доречним у цьому випадку.

Показати ще новини
Радіо НВ
X