Несмотря на то, что нефть дешевеет и цена на бензин падает даже в Монреале, вопрос о нашем энергетическом будущем стоит остро. Потребности человечества растут, запасы углеводородов истощаются, альтернативные источники энергии пока не могут заменить традиционное сжигание угля, нефти и газа, атомные же электростанции громоздки, дороги и, как показали Чернобыль и Фукусима, далеко не безопасны.Одно время большие надежды возлагались на термояд, но 60 лет усилий пока не привели к большим успехам. Так, пару лет назад мы писали о гигантской ливерморской экспериментальной установке NIF, на которой с помощью 192 мощных лазерных лучей 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 конструкции капсул топлива, но удастся ли создать на этой базе промышленную энергетическую установку, пока неясно.
Еще более грандиозную машину строят сейчас на юге Франции – ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), международный экспериментальный термоядерный реактор. Это гигантский токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) – 60-метровый колосс массой 23 000 тонн. Каждая катушка тороидального поля весит около 300 тонн, имеет высоту 15 метров и ширину 9 метров. 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. Общая длина прядей 80 000 километров. Всего будет произведено 19 катушек (одна запасная): 10 в Европе и 9 в Японии.
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.
7 октября на сайте ITER появилось сообщение о начавшихся работах по возведению стен Здания Трития. Установлен первый пилон. Стройку, стоимость которой первоначально оценивалась в 5 млрд. евро, планировалось закончить в 2016 году, однако постепенно предполагаемая сумма расходов выросла (в июле 2010 г. она увеличилась до 15 млрд. евро, сейчас оценивается в $50 млрд.!), а срок начала экспериментов с плазмой сдвинулся к 2020 году. На полную мощность ИТЕР выйдет в 2027 г., а промышленное производство энергии на его преемнике DEMO ожидается не ранее 2045 года.
Как видите, очень дорого, очень сложно и очень долго! Зато 15 октября неожиданно пришла отличная новость 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 Skunk Works около 4 лет, и теперь 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 Nighthawk и суперсовременный F-22 Raptor. Нынешний главный авиапроект – F-35 Lightning II.
Речь идет о т.н. high beta fusion reactor, известном также как 4-е поколение прототипа или T4. Первое сообщение о нем появилось 7 февраля 2013 года, во время телевыступления Чарльза Чейза, тогдашнего руководителя команды разработчиков. Параметр β определяет отношение давления плазмы к магнитному давлению и показывает эффективность удержания плазмы. Для стабильной плазмы бета всегда меньше 1, но проблема токамаков в том, что там она не превышает 0,1, чем и обусловлены их огромные размеры, тогда как в модели Локхид параметр будет близок к 1, что позволит сделать реактор компактным.
Первоначальные проработки показали возможность строительства 100-мегаваттного реактора размером 7 на 10 футов, что в 10 раз меньше существующих опытных конструкций реакторов. Локхид утверждает, что может построить и испытать опытный образец менее чем за год, а прототип промышленного реактора — за 5 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. Такой мощности достаточно для обеспечения энергией 80 000 домов (при потреблении реактором 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. 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. Новые компактные 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 добывать из океанской воды, а тритий нарабатывать в ядерных реакторах, облучая нейтронами изотоп лития. Пока 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, получив первые результаты, ищет партнеров в научных кругах, промышленности и правительственных лабораториях для продвижения работ.
К сообщению следует отнестись серьезно: Локхид – крупнейшая в области ВПК компания мира, она не станет бросать слов на ветер и жертвовать репутацией. Эта прекрасная новость означает постепенное снятие всех энергетических и экологических, связанных с загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением проблем. Хотя нефтяные компании вряд ли обрадуются термоядерному Эльдорадо – как и страны, экономика которых держится в основном на экспорте углеводородов.
Судя по снимку экспериментальной установки, плазма удерживается в так называемой магнитной бутылке, концы которой закупорены магнитными зеркалами, где очень сильное магнитное поле заставляет плазму отражаться. Нагрев ее 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 50-х 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».
Эти реакторы не могут ни расплавиться, ни взорваться. К тому же они весьма перспективны для межпланетных путешествий – недаром Мак-Гуайр работает над его применением для полета на Марс. С таким двигателем он займет всего один месяц!
Монреаль – Нью-Йорк
