Визуализация термоядерного реактора SPARC. У него мощность 20% от ИТЭР, а размер в 65 раз меньше. Иллюстрация: Ken Filar/MIT
Управляемый термоядерный синтез — настоящая чаша святого Грааля для энергетики. Если физики научатся удерживать плазму в магнитной ловушке и тратить на магниты меньше энергии, чем выделяется в результате реакции, то человечество получит практически неисчерпаемый источник чистой энергии, а об ископаемом топливе из углеводородов и урана можно будет забыть как о страшном сне (тем более что их запасов надолго не хватит).
Сейчас человечество потребляет 22,4 ТВт·ч электроэнергии ежегодно (в среднем по миру 3052 кВт·ч на человека, в России — 6588 кВт·ч, в США — 12833 кВт·ч, на Гаити — 40 кВт·ч на человека). Потребление растёт с каждым годом, а ископаемые источники рано или поздно закончатся (того же урана осталось примерно на 50 лет).
Поэтому уже сейчас необходимо готовиться к окончанию эпохи использования ископаемых типов горючего — и рассматривать альтернативные варианты. Это могут быть реакторы на тории, плутониевые бридеры на быстрых нейтронах, солнечные батареи (для удовлетворения потребностей человечества достаточно собирать 0,5% солнечной энергии, падающей на Землю) и проч. Но ядерный синтез — это кардинальное решение проблемы, потому что он потенциально представляет собой неистощимый источник энергии для развития Вселенной вообще. Ядерный синтез обеспечит не только текущие энергетические потребности человечества (22,4 ТВт·ч электричества в год), но даст гораздо больше энергии. Нам придётся думать, куда её потратить.
Попытки создать рабочий термоядерный реактор предпринимались неоднократно. С 2007 года идёт строительство ИТЭР (Международного экспериментального термоядерного реактора), но проект значительно выбился из сметы в $5 млрд, а сроки сдачи неоднократно переносились. Проводятся и другие эксперименты с термоядерным синтезом, но пока до реальных результатов далеко. Сейчас к их числу присоединился ещё один. Физики-ядерщики из Массачусетского технологического института (MIT) совместно с новой компанией Commonwealth Fusion Systems объявили о начале нового эксперимента, в рамках которого обещают построить действующий прототип термоядерного реактора всего за 15 лет, то есть к 2033 году. Для проведения работ компания Commonwealth Fusion Systems привлекла $50 млн инвестиций от итальянского энергетического гиганта Eni.
Руководитель проекта — Боб Мамгаард (Bob Mumgaard), он назначен на должность исполнительного директор частной компании. «Мы стремимся к тому, чтобы иметь работающую электростанцию [на термоядерном синтезе] вовремя для борьбы с изменением климата. Мы думаем, что у нас есть научные знания, скорость и масштаб, чтобы начать поставки чистой энергии термоядерного синтеза в энергосеть через 15 лет», — заявил Мамгаард. Это очень амбициозное заявление, считают специалисты.
В обсуждении термояда обычно принято говорить о горизонте в 30 лет и больше. Но команда MIT верит, что может сократить срок вдвое за счёт применения новых сверхпроводящих материалов в производстве сверхмощных магнитов. Речь идёт о сверхпроводящий материал из стальной ленты с покрытием оксидом иттрия-бария-меди (YBCO, «и-бэ-ку»). После открытия этого материала в 1987 году он стал первым сверхпроводником с критической температурой больше 77 К, что сделало возможным промышленное использование сверхпроводников, поскольку впервые для их охлаждения можно было использовать относительно дешёвый жидкий азот.
YBCO позволяет конструировать сверхмощные магниты гораздо меньшего размера, чем раньше. Для начала MIT собирается за 10 лет изготовить прототип реактора на 100 МВт, имеющего размер всего 1/65 от ИТЭР. Он будет выдавать энергию импульсами по 10 секунд — тепло не планируется преобразовывать в электричество, но учёные рассчитывают, что выдаваемая энергия будет примерно вдвое больше, чем затраты на питание сверхпроводящих магнитов. В этом случае эксперимент признают успешным. Затем начнётся строительство реактора на 200 МВт с генератором, отдающим электроэнергию в общую сеть. Если проект завершится успешно в заявленный срок 15 лет, то это может быть первая в мире реально работающая термоядерная электростанция.
Термоядерный реактор работает на водороде. В отличие от урана и углеводородов, это практически бесконечный источник топлива.
Автор: Анатолий Ализар
