Термоядерная энергия — это слишком прекрасно, чтобы быть правдой: нулевые выбросы парниковых газов, никаких радиоактивных отходов и почти неограниченный запас топлива. Но одним из самых крупных препятствий на пути является любая теоретическая стоимость такого реактора. Ни одна из конструкций термоядерного реактора не будет дешевле обычной системы, которая использует ископаемое топливо вроде угля и природного газа — во всяком случае, на стадии строительства.
Инженеры из Университета Вашингтона (UW) планируют изменить это. Они разработали концепцию термоядерного реактора, который сможет конкурировать по затратам с угольной электростанцией при масштабировании до размеров большой электростанции с аналогичным энергетическим выходом.
Вот так выглядит прототип от Университета Вашингтона
«Уже сейчас эта конструкция обладает наибольшим потенциалом производства экономичной термоядерной энергии из всех нынешних концепций», — рассказал Томас Жарбо, профессор аэронавтики и астронавтики Университета Вашингтона.
Реактор от UW, который назвали «диномак», появился в виде проекта Жарбо два года назад. Вместе с Дереком Сазерлендом — который ранее работал над проектом реактора в Массачусетском технологическом институте — Жарбо продолжал развивать и совершенствовать концепцию.
Конструкция опирается на существующие технологии и создает магнитное поле внутри закрытого пространства, удерживая плазму на месте достаточно долго, чтобы начался синтез. Сам реактор будет в значительной степени самодостаточным, то есть будет постоянно нагревать плазму для поддержания термоядерных условий. Тепло, вырабатываемое реактором, будет нагревать хладагент, который будет вращать турбину и генерировать электричество, подобно тому как работает типичный энергетический реактор.
«Наше решение весьма элегантно, поскольку среда, в которой можно генерировать синтез, является средой, в которой также будет протекать весь ток», — говорит Сазерленд.
Есть несколько способов создания магнитного поля, которое крайне необходимо для поддержания термоядерного синтеза. Конструкция UW известна как сферомак, она создает большую часть магнитных полей, передвигая электрические токи в самой плазме. Это снижает количество необходимых материалов и в целом позволяет ученым значительно уменьшить общий размер реактора.
Другие проекты вроде экспериментального термоядерного реактора, который в настоящее время строится во Франции, — ИТЭР — должны быть намного больше, чем конструкция UW, поскольку опираются на сверхпроводящие катушки, которые вращаются вокруг внешней части устройства, обеспечивая похожее магнитное поле. По сравнению с ИТЭРом, концепция UW намного дешевле — в десять раз — и при этом производит в пять раз больше энергии, на бумаге, конечно.
Ученые UW рассчитали стоимость строительства термоядерного реактора по своему дизайну и сравнили ее с затратами на строительство угольной электростанции. Они использовали метрику под названием «овернайтовые капитальные затраты», куда вошли все расходы, в том числе и на запуск инфраструктуры. Термоядерный завод по производству 1 гигаватта энергии стоил бы 2,7 миллиарда долларов, в то время как угольный завод с такой же мощностью стоил бы 2,8 миллиарда долларов.
«Если мы инвестируем в такого рода слияние, мы точно останемся в плюсе, поскольку такой реактор уже будет экономнее. Это очень интересно», — говорит Сазерленд.
Сейчас же концепция UW по размерам в десять раз меньше финального варианта, выходная мощность также. Исследователи успешно протестировали способность прототипа эффективно поддерживать плазму. По мере дальнейшего развития и увеличения размера устройства, они смогут разгонять плазму до более высоких температур и получить значительно больше синтезируемой энергии.
