Содержание
как заниматься холодным ядерным синтезом и бороться с сомнениями ученых
Иван
Бочаров
Специальный корреспондент
Стартап Deneum утверждает, что он изобрел новый тип энергии и сможет производить электричество, стоимость которого будет на 95% дешевле газа. Компания старается не использовать фразу «холодный ядерный синтез» в своем описании, но честно признается, что они занимаются именно этим. История этой технологии началась 29 лет назад и разделила научное сообщество, в результате вытеснив загадочный процесс в «белую» сферу — что-то между лженаукой и отсутствием доказательств. «Хайтек» встретился с основателем компании Дмитрием Самойловских и поговорил с ее главным ученым Сергеем Цветковым, чтобы понять, насколько реальна их технология, и когда произойдет технологическая революция.
Читайте «Хайтек» в
От самоклеящихся стикеров до новой энергии
Дмитрий Самойловских начал не с энергии: в 2014 году он основал компанию Tesla Amazing (не связана с Tesla Motors) — стартап стал одним из самых успешных проектов на Kickstarter, собрав с помощью краудфандинга $295 тыс. из запрашиваемых $12 тыс. Компания создала стикеры без клея, которые могут держаться на любой поверхности с помощью статического электричества. Уже в 2016 году Самойловских попал в престижный европейский рейтинг Forbes 30 Under 30.
Дмитрий говорит, что Tesla Amazing для него всегда была первым этапом — для изменения мира нужны были значительный первоначальный капитал и публичная история. От статического электричества предприниматель решил обратиться к обычному.
«Мы видели определенные проблемы в области электричества, в области электрогенерации, — вспоминает Самойловских.
— Много людей гибнут каждый год, потому что мы жжем тот же самый уголь, который жгли еще 150 лет назад. Как мы избавляемся от проблем, которые у нас сейчас есть? Никак. Ветер и солнце не решат этих проблем. А что-то радикально новое — никто ничего не делает».
Почему «московий» и «оганесон» устроили раскол между физиками и химиками?
Кейсы
Решение, которое нашел Дмитрий, можно назвать радикально новым — но непонятно, насколько оно реально. Несмотря на то, что его новая компания Deneum предпочитает не использовать это название, по сути, она занимается холодным ядерным синтезом. Направлением, которое 29 лет назад взбудоражило научное сообщество — и быстро было признано лженаукой (пока такова официальная позиция РАН).
Deneum
Невозможная физика
История холодного ядерного синтеза началась 26 апреля 1989 года, когда химики Мартин Флейшман и Стэнли Понс собрали пресс-конференцию в университете штата Юта.
Они попытались объявить о революции — по их словам, они добились осуществления ядерной реакции синтеза при комнатной температуре. Что, по законам физики, вроде бы было невозможным.
Отталкивание протонов, которое не позволяет ядрам приблизиться на достаточно близкое расстояние, называется кулоновским барьером — и в термоядерных реакциях преодолеть его позволяет температура в миллионы Кельвинов. В холодном ядерном синтезе этих температур нет — следовательно, непонятно, за счет чего барьер преодолевается.
Опровержения Флейшмана и Понса появились достаточно быстро, и, возможно, даже слишком быстро. Сергей Цветков, главный ученый Deneum, писал о том, что выделение тепла в эксперименте ученых начиналось через 40 дней — а первые опровержения появились уже через 30 дней. В любом случае, на сегодняшний день не существует ни одного убедительного эксперимента, который бы однозначно доказывал достоверность результатов Флейшмана и Понса. С этим тезисом могут поспорить ученые, которые занимаются холодным ядерным синтезом, но к их мнению мало кто прислушивается.
И после неудачных попыток повторить эксперимент научное сообщество пришло к выводу, что это невозможно. Холодный ядерный синтез перешел из области экспериментальной науки в сферу, где вроде бы еще не лженаука, но и доказательной базы процесса не существует при этом.
Тем не менее, откровенный скепсис научного сообщества не остановил эксперименты.
Коммерческие эксперименты
Холодный ядерный синтез получил новое название — низкоэнергетические ядерные реакции (LENR) и работа продолжилась. Химики, инженеры и инвесторы продолжают попытки генерации избыточного тепла, надеясь на ошеломительные коммерческие прибыли.
Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»
Например, ученый Рэнделл Л. Миллс еще в 1991 году представил свою теорию, согласно которой электрон в водороде может переходить в новые состояния, высвобождая огромное количество энергии. Он назвал новый тип водорода «гидрино» и основал компанию Brilliant Light Power (BLP), которая пыталась использовать технологию с коммерческой стороны.
BLP до сих пор представляют прототипы своих устройств, но трудно сказать, что происходит в них на самом деле.
Инженер Андреа Росси в 2011 году представил настольный реактор E-Cat (Energy Catalyzer). У него даже был заключен контракт с американской армией, но, по некоторым сообщениям, устройства не работали согласно своим спецификациям. Самойловских говорит, что они знакомы с Росси: «Мы не заглядывали внутрь, но у нас есть достаточно веские основания полагать, что у него этот продукт есть. И он рано или поздно будет в какой-то мере реализован».
За годы исследований сфера получила достаточно большой объем инвестиций, но ни одного работающего аппарата, прошедшего независимые экспертизы и доказавшего свою работоспособность, представлено не было.
Новая старая технология
Deneum, в свою очередь, уже представила концепт своего модуля — электростанции с капсулой, содержащей рабочее тело.
Принцип действия основан на взаимодействии веществ внутри рабочего тела при нагревании. В реакции участвуют два основных вещества — титан и дейтерий, известный как тяжелая вода. Такое взаимодействие приводит к избыточному нагреву. Полученное тепло планируется преобразовывать в электричество — в данный момент компания работает над выявлением наиболее эффективного способа. Слово «избыточный» означает, что выходная энергия превышает входную энергию, затрачиваемую на выполнение процессов.
С технической точки зрения дейтерий поглощается в металлическую кристаллическую решетку, которая выбирается из металлов, способных в достаточной степени принимать водород. В данном случае это титан. После того, как решетка титана насыщена дейтерием, он вводится в капсулу с целью инициирования взаимодействия. В результате рабочее тело само нагревается на дополнительные несколько десятков градусов, создавая таким образом избыточную тепловую энергию, которую затем планируется преобразовывать в электрическую.
ICO и инвестиции не для всех
Выбор Kickstarter как площадки для сбора инвестиций был понятен во времена старта Tesla Amazing — краудфандинг идеально подходил людям без имени, большого опыта в бизнесе и значительных собственных средств. С Deneum Самойловских идет не самым традиционным способом — деньги собираются привлекать методом Token Sales.
Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»
ICO стартапов во второй половине 2018 года уже считается чем-то сомнительным: по данным экспертов, более 80% ICO за последний год были мошенничеством. Если добавить к этому фактору технологию, которой занимается Самойловских, — холодный ядерный синтез, степень сомнительности стартапа (в глаза некоторых ученых и бизнесменов) возрастает в геометрической прогрессии.
Экстраординарные заявления нуждаются в доказательствах: Deneum собирается провести первые открытые демонстрации лабораторного прототипа в ближайшее время. Если будут получены убедительные доказательства работоспособности установки Deneum, то это произведет фурор в научном мире и может даже перевернуть представления многих о современной физике.
По утверждениям компании, на данный момент в нее было проинвестировано около одного миллиона долларов. Дмитрий признает, что это история про большие риски — но и большую окупаемость в случае успеха.
«Сейчас люди часто инвестируют деньги в полную ерунду, а здесь такая тема, которая „пан или пропал“, — говорит он. — Если „пан“ — то там, извините меня, революция мировая. Наш проект сопряжен с большими рисками. Мы не строим очередную гэмблинговую платформу или какое-то пустяковое приложение, наша цель — дать миру безопасный и недорогой источник энергии».
Потрясение к лучшему
Впрочем, мировая революция не сильно волнует основателей Deneum. Отвечая на вопрос про последствия в случае успеха и потенциальный крах экономик многих стран мира, Дмитрий говорит, что это неизбежный эволюционный процесс.
Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»
«Электрокары заменят двигатели, беспилотные машины уберут всех водителей. То же самое с государствами, которые сидят на нефтяной игле — по-моему, они должны были уже давно это все использовать.
Это может быть шоком, но придется перестраиваться, и я не вижу в этом ничего страшного и катастрофического. Мне кажется, любое такое потрясение в долгосрочной перспективе — все равно к лучшему».
Наука или вера
Проблема с Deneum заключается в том же, в чем и у многих их предшественников: они говорят, что открыли холодный синтез. Пока доказательств нет, но Deneum над этим работает, впрочем, это их данные пока невозможно и опровергнуть. Если спросить физиков о деятельности Deneum (и даже показать им уравнения реакций, представленные на сайте компании) — понятнее не станет. Многие физики скажут, что это — ложь и подлог, «альтернативные» физики, которые сами занимаются похожими исследованиями, скажут, что это может быть правдой.
Главный ученый Deneum Сергей Цветков писал: «Если бы холодного синтеза не было, его стоило бы придумать». Deneum придумали его — но не понятно, изобрели ли.
С 1989 года, когда первый раз было заявлено об открытии холодного синтеза, многие ученые и компании из разных стран мира заявляли об открытии технологии. Научное сообщество при этом перестало реагировать на такие сообщения, определив холодного ядерному синтезу место в «белой» зоне, где существуют подобные проекты без доказательств многие годы.
Если рассматривать Deneum в долгом ряду их предшественников, можно предполагать, что история закончится так же — то есть никак. В сентябре компания провела закрытые испытания перед первыми инвесторами, в дальнейшем она планирует показать установку широкой публике.
Но понятно одно — чтобы после построения успешного бизнеса в условно классической сфере (стикеры явно ортодоксальнее холодного синтеза) заняться невозможной энергией — это достаточно смело. Это может быть финансовая пирамида, это может быть CEO компании (не физик), который поверил в сказку своих ученых (которые поверили в нее сами много лет назад), и это, конечно, может быть группой гениальных людей, идущих против всего мира, чтобы принести в него новую, чистую энергию — когда этот мир не верит в нее.
Но в этом и заключается проблема: на данном моменте в холодный ядерный синтез можно только верить. И это неплохо само по себе. Просто пока это не наука, а существование в мире без доказательств своего существования.
Ручное солнце. Когда термоядерные реакторы станут реальностью
- Эмма Вулкотт
- Корреспондент Би-би-си по вопросам бизнеса
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Наше Солнце — большой термоядерный реактор. Можем ли мы воссоздать этот процесс на Земле?
Уже через пять лет мы сможем добывать почти неограниченную энергию из «миниатюрных солнц», заявляют некоторые стартапы. Речь идет о реакторах термоядерного синтеза, которые могут дать много дешевой и чистой энергии.
В условиях глобального потепления, вызванного нашей зависимостью от углеводородного топлива, миру требуются устойчивые источники альтернативной энергии.
Если мы не их не найдем, то для миллионов людей будущее может стать очень мрачным: нехватка воды и еды, ведущая к голоду и войнам.
- Черные дыры не только пожирают звезды, они могут зажигать их заново
- Энергия из воздуха, виски, фекалий и другие удивительные проекты
- В Чернобыле построили первую солнечную электростанцию. Всего в 100 метрах от саркофага
Термоядерный синтез уже давно считается потенциальным ответом на эти вызовы. Но он всегда был чем-то «в 30 годах от нас», как шутили в индустрии.
Сейчас несколько стартапов заявляют, что они могут сделать этот проект экономической реальностью намного раньше.
Что такое термоядерная реакция?
Термоядерная реакция — это слияние атомных ядер, в результате чего высвобождается энергия, которая и может помочь решить энергетический кризис.
Это тот же самый процесс, который происходит внутри Солнца, он чистый и относительно безопасный.
Нет никаких выбросов.
Но сталкивание этих ядер дейтерия и трития (два изотопа водорода) под огромным давлением требует огромных объемов энергии — больше, чем мы пока можем извлечь из реакции.
До сих пор считалось, что невозможно достичь момента «приращения энергии», когда мы сможем получать из синтеза больше энергии, чем нужно на него потратить.
Но это больше не так, уверяют стартапы из сферы термоядерного синтеза.
«Это «момент SpaceX» для термоядерного синтеза», — говорит Кристофер Моури, директор канадской компании General Fusion, которая хочет сделать термоядерный синтез коммерчески выгодным в течение следующих пяти лет.
«Это момент, когда зрелость науки сочетается с технологиями XXI века, — продолжает он. — [Термоядерный] синтез уже не «в 30 годах от нас».
Автор фото, TOKAMAK ENERGY
Подпись к фото,
Новейший термоядерный реактор Tokamak Energy
Наука уже сделала свое дело, говорит Уэйд Эллисон, почетный профессор физики в оксфордском колледже Кэбл.
Препятствия скорее в практике.
«Мы не можем быть уверены в сроках, но базовые научные вопросы решены, а проблемы — технические, они касаются материалов», — говорит профессор.
В чем проблема?
Основная проблема — как построить для реактора достаточно прочную оболочку, чтобы она смогла сдержать плазму — очень горячий ядерный «бульон», в котором происходит синтез под огромным давлением.
Системы отвода тепловой энергии должны будут выдерживать уровни температуры и перегрузки, похожие на то, что испытывает космический корабль при возвращении на орбиту, говорит профессор Ян Чэпмен, гендиректор Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA).
Потребуются также автоматические системы обслуживания и системы производства, восстановления и хранения топлива.
«UKAEA изучает все эти вопросы и строит новые исследовательские учреждения в научном центре Кулхэм около Оксфорда, чтобы выработать решения вместе с отраслевыми институтами», — говорит профессор Чэпмен.
Что изменилось?
Некоторые частные энергетические компании считают, что они могут справиться с этими проблемами быстрее, используя новые материалы и технологии.
Расположенная в Оксфордшире фирма Tokamak Energy работает над сферическими токомаками (реакторами), которые используют высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) чтобы удерживать плазму в очень сильном магнитном поле.
Автор фото, TOKAMAK ENERGY
Подпись к фото,
Tokamak Energy пытается построить более дешевые и компактные термоядерные реакторы
«Высокая температура» в этой области физики — от минус 70 градусов и ниже.
«Сферический токамак — намного более эффективная геометрическая форма, и мы можем радикально повысить компактность и производительность. А поскольку он еще и меньше, то более мобилен, затраты на сборку ниже», — говорит исполнительный директор Tokamak Energy Джонатан Карлинг.
Компания построила три токамака.
Последний из них — ST40 из 30-милиметровой нержавеющей стали с использованием ВТСП-магнитов. В июне он достиг температуры плазмы более 15 млн градусов, что выше температуры центра солнца.
Анализ: «Искусственное солнце Китая»
Корреспондент по вопросам науки и технологий Николай Воронин:
«Китайские ученые на прошлой неделе разогрели плазму до еще более высокой температуры в специальном устройстве EAST, расположенном в городе Хэфэй.
Эксперимент получил название «искусственное солнце Китая», и его основная цель — создание условий, необходимых для управляемого термоядерного синтеза, так что температурные рекорды в некотором смысле побочный эффект.
Электронная температура плазмы, удерживаемой магнитной ловушкой токамака, достигла нового максимума, на некоторое время превысив 100 млн градусов.
Для сравнения: максимальная температура в центре нашей звезды составляет примерно 15 млн градусов».
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
Британская фирма надеется достичь китайского результата в 100 млн градусов к следующему лету.
«Мы ожидаем, что сможем достичь момента приращения энергии к 2022 году и начать поставки энергии в сеть к 2030-му», — говорит Карлинг.
Тем временем в США Массачусетский технологический институт (МТИ) совместно с недавно созданной компанией Commonwealth Fusion Systems (CFS) работает надо созданием токамака в форме тороида под названием Sparc. В нем также будут установлены магнитные ловушки для плазмы.
Проект частично финансируется фондом Breakthrough Energy Ventures, которым руководят Билл Гейтс, Джефф Безос, Майкл Блумберг и другие миллиардеры.
Группа разработчиков надеется сделать термоядерные реакторы достаточно компактными, чтобы их можно было устанавливать на фабриках и транспортировать для установки на производственной площадке.
Эти частные инициативы бросают вызов проекту ITER (Международный термоядерный экспериментальный реактор), флагманскому международному проекту в этой сфере с участием 35 стран.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Реактор ITER не будет достроен до 2025 года
ITER, что на латыни также значит «путь», строит крупнейшую экспериментальную термоядерную установку в мире. Однако завершение строительства не ожидается до 2025 года, а после этого проект ждет еще долгий путь до коммерциализации.
«Участники ITERпо-разному оценивают, насколько срочно нужно перейти к термоядерной энергии как части будущего чистой энергетики, — сказал Би-би-си пресс-секретарь проекта. — Кто-то ждет электричества с термоядерных реакторов до 2050 года, кто-то — только во второй половине века».
Но новички в этой сфере считают, что могут справиться лучше.
«С технологией ВТСП-магнитов термоядерный реактор может быть намного, намного меньше — Sparc может быть в 64 раза меньше ITER по объему и массе», — говорит Мартин Гринвальд, замдиректора центра исследований плазмы и термоядерного синтеза МТИ.
Меньший размер означает меньшие издержки, что открывает путь для небольших и гибких организаций, добавляет Гринвальд.
Но все участники, кажется, согласны, что работа в ITER, в Кулхэме и частном секторе дополняют друг друга.
«В конце концов, у нас общая мечта — выработанное термоядерным путем электричество как неотъемлемая часть будущего чистой энергетики», — добавил пресс-секретарь ITER.
Основной прорыв на ядерном фьюжн Energy
Опубликовано
Комментарии
Комментарии
Связанные темы
- Изменение климата
.
Посмотрите, как пятисекундный импульс зажигает реактор JET. что питает звезды.
Британская лаборатория JET побила собственный мировой рекорд по количеству энергии, которую она может извлечь, сжимая вместе две формы водорода.
Если ядерный синтез удастся успешно воссоздать на Земле, это откроет потенциал практически неограниченных источников энергии с низким содержанием углерода и радиации.
Эксперименты произвели 59 мегаджоулей энергии за пять секунд (11 мегаватт мощности).
Это более чем в два раза больше, чем было достигнуто в аналогичных тестах еще в 1997.
Энергии не так уж и много — достаточно только для того, чтобы вскипятить около 60 чайников воды. Но значение состоит в том, что он подтверждает выбор конструкции, сделанный для еще более крупного термоядерного реактора, который сейчас строится во Франции.
«Эксперименты JET сделали нас на шаг ближе к термоядерной энергетике», — сказал доктор Джо Милнс, начальник отдела операций реакторной лаборатории.
«Мы продемонстрировали, что можем создать мини-звезду внутри нашей машины и удерживать ее там в течение пяти секунд, получая при этом высокую производительность, что действительно открывает перед нами новые горизонты».
- Лаборатория США делает еще один шаг к цели термоядерного синтеза
- Пять площадок, названных в шорт-листе ядерных термоядерных заводов
- Лидеры науки: рассорка Европы ослабит исследования
Подпись к изображению,
электричество
Установка ИТЭР на юге Франции поддерживается консорциумом мировых правительств, в том числе стран-членов ЕС, США, Китая и России. Ожидается, что это станет последним шагом в доказательстве того, что ядерный синтез может стать надежным источником энергии во второй половине этого века.
Эксплуатация электростанций будущего, основанных на термоядерном синтезе, не будет производить парниковых газов и будет производить лишь очень небольшое количество короткоживущих радиоактивных отходов.
«Эти эксперименты, которые мы только что завершили, должны были сработать», — сказал генеральный директор JET профессор Ян Чепмен. «Если бы они этого не сделали, у нас были бы серьезные опасения по поводу того, сможет ли ИТЭР достичь своих целей.
«Это были высокие ставки, и тот факт, что мы достигли того, что сделали, был обусловлен талантом людей и их доверием к научным исследованиям. прилагать усилия», — сказал он BBC News.
Источник изображения, JET/UKAEA
Подпись к изображению,
Стенки реактора JET были заменены на материал, сделанный из бериллия и вольфрама
Термоядерный синтез работает по принципу, согласно которому энергия может быть высвобождена при сближении атомных ядер, а не при расщеплении их, как в случае с реакциями деления, приводящими в действие существующие атомные электростанции.
В ядре Солнца огромное гравитационное давление позволяет этому происходить при температуре около 10 миллионов по Цельсию.
При гораздо более низких давлениях, которые возможны на Земле, температуры для осуществления синтеза должны быть намного выше — выше 100 миллионов градусов по Цельсию.
Не существует материалов, способных выдержать прямой контакт с такой высокой температурой. Итак, чтобы добиться синтеза в лаборатории, ученые разработали решение, в котором перегретый газ или плазма удерживается внутри магнитного поля в форме пончика.
Компания Joint European Torus (JET), расположенная в Калхэме в Оксфордшире, уже почти 40 лет применяет этот метод термоядерного синтеза. И в течение последних 10 лет он был сконфигурирован так, чтобы воспроизвести ожидаемую установку ИТЭР.
Объявление о термоядерном синтезе — отличная новость, но, к сожалению, это не поможет в нашей борьбе за смягчение последствий изменения климата.
Существует огромная неопределенность в отношении того, когда термоядерная энергия будет готова к коммерциализации. По одной оценке, возможно, 20 лет. Затем потребуется увеличить масштабы термоядерного синтеза, что будет означать задержку, возможно, еще на несколько десятилетий.
И вот проблема: потребность в безуглеродной энергии является насущной, и правительство пообещало, что к 2035 году все электричество в Великобритании должно быть с нулевым уровнем выбросов. Это означает атомную энергию, возобновляемые источники энергии и накопление энергии.
По словам моего коллеги Джона Амоса: «Слияние — это не решение, которое приведет нас к нулевому результату к 2050 году. Это решение для власти в обществе во второй половине этого века».
«Топливом» французской лаборатории для производства плазмы будет смесь двух форм или изотопов водорода, называемых дейтерием и тритием.
JET попросили продемонстрировать обшивку для тороидального сосуда объемом 80 кубических метров, в котором заключено магнитное поле, которое будет эффективно работать с этими изотопами.
Для своих рекордных экспериментов в 1997 году компания JET использовала углерод, но углерод поглощает радиоактивный тритий. Поэтому для последних испытаний были изготовлены новые стенки корпуса из металлов бериллия и вольфрама. Они в 10 раз меньше впитывают.
Затем научной группе JET пришлось настроить свою плазму для эффективной работы в этой новой среде.
«Это ошеломляющий результат, потому что им удалось продемонстрировать наибольшее количество энергии, вырабатываемой в результате термоядерных реакций, из всех устройств в истории», — прокомментировал доктор Артур Таррелл, автор книги «Строители звезд: ядерный синтез и гонка за энергией». Планета.
«Это веха, потому что они продемонстрировали стабильность плазмы в течение пяти секунд. Звучит не очень долго, но по ядерным меркам это действительно очень, очень много времени. И тогда очень легко перейти от пяти секунд к до пяти минут, или пяти часов, или даже дольше».
Источник изображения, JET/UKAEA
Image caption,
Президент Франции Франсуа Миттеран и королева официально открыли JET в 1984 году
JET больше не может работать, потому что его медные электромагниты слишком сильно нагреваются.
Для ИТЭР будут использоваться сверхпроводящие магниты с внутренним охлаждением.
Реакции термоядерного синтеза в лаборатории, как известно, требуют больше энергии для инициации, чем они могут произвести. В Jet для проведения экспериментов используются два маховика мощностью 500 мегаватт.
Но есть веские доказательства того, что этот дефицит может быть преодолен в будущем по мере увеличения масштабов плазмы. Объем тороидального корпуса ИТЭР будет в 10 раз больше, чем у JET. Есть надежда, что французская лаборатория выйдет на безубыточность. Коммерческие электростанции, которые появятся позже, должны затем показать чистую прибыль, которую можно было бы направить в электрические сети.
Это долгая игра, и важно отметить, что из примерно 300 ученых, работающих в JET, четверть находится в начале своей карьеры. Им придется нести эстафету исследований.
«Слияние занимает много времени, это сложно, это трудно», — сказала доктор Афина Каппату, которой за тридцать.
«Вот почему мы должны обеспечить, чтобы из поколения в поколение были ученые, инженеры и технический персонал, которые могут двигаться вперед».
Однако остается много технических проблем. В Европе над решением этих проблем работает консорциум Eurofusion, в который входят около 5000 научных и инженерных экспертов из ЕС, Швейцарии и Украины.
Великобритания тоже участвует. Однако ее полное участие в ИТЭР потребует, чтобы Великобритания сначала «присоединилась» к определенным научным программам ЕС, что до сих пор сдерживалось разногласиями по поводу торговых соглашений после Brexit, особенно в отношении Северной Ирландии.
JET, вероятно, будет выведен из эксплуатации после 2023 года, а ITER начнет эксперименты с плазмой в 2025 году или вскоре после этого.
Источник изображения, ИТЭР
Подпись к изображению,
Строительство реактора ИТЭР в Кадараше на юге Франции
- Ядерный синтез
- Оксфорд
- Изменение климата
Основы ядерного синтеза | МАГАТЭ
Подписание Соглашения о сотрудничестве между МАГАТЭ и Организацией ИТЭР.
Юрий Соколов, заместитель Генерального директора МАГАТЭ (слева), и Канаме Икеда, Генеральный директор Организации ИТЭР (справа). (22-я конференция МАГАТЭ по термоядерной энергии, Женева, Швейцария, 13 октября 2008 г.)
Термоядерная реакция, форма ядерной энергии, образующаяся при слиянии легких атомов, представляет собой процесс, происходящий в ядре каждой звезды и высвобождающий огромное количество энергии. Исследователи пытались использовать термоядерный синтез и воспроизвести его на Земле контролируемым образом. Если им это удастся, они обеспечат миру безопасный, устойчивый, экологически ответственный и обильный источник энергии.
Десятилетиями научное сообщество занималось термоядерным синтезом, но теперь исследования достигли критической стадии, поскольку ученые строят экспериментальный реактор, который однажды может продемонстрировать, что термоядерный синтез можно использовать в коммерческих целях для производства электроэнергии.
Что такое Fusion?
Уже более 50 лет энергия вырабатывается на атомных электростанциях путем деления, процесса, при котором тяжелые элементы, такие как уран, бомбардируются нейтронами с выделением тепла.
Ядерный синтез, с другой стороны, основан на противоположном принципе. В термоядерных реакторах легкие атомные ядра сжимаются под интенсивным давлением и нагревом, образуя более тяжелые ядра и при этом высвобождая энергию. Процесс должен быть оптимизирован, чтобы генерировать больше энергии, чем потребляется. При достаточно большой и устойчивой энергетической «прибыли» термоядерный синтез можно было бы использовать для коммерческого производства электроэнергии.
Основным топливом, используемым в ядерном синтезе, являются дейтерий и тритий, оба тяжелые изотопы водорода. Дейтерий составляет ничтожную долю природного водорода, всего 0,0153%, и его можно недорого извлечь из морской воды. Тритий можно получить из лития, которого также много в природе.
Количество дейтерия, присутствующего в одном литре воды, теоретически может дать столько же энергии, сколько при сгорании 300 литров нефти. Это означает, что в океанах достаточно дейтерия для удовлетворения потребностей человека в энергии на миллионы лет.
Пути к термоядерному синтезу
Строительство термоядерной электростанции, способной выдерживать огромные температуры и давления, создаваемые этим процессом, является одной из величайших инженерных задач века. Топливо, состоящее из изотопов водорода дейтерия и трития, должно быть нагрето примерно до 100 миллионов градусов по Цельсию. При такой температуре выше солнечной образуется полностью ионизированная газовая плазма. Затем плазма будет воспламенена, чтобы создать термоядерный синтез. В настоящее время ученые изучают два метода достижения ядерного синтеза: инерционное и магнитное удержание.
В инерционных системах удержания ионные лучи или лазерные лучи используются для сжатия дейтериево-тритиевой топливной таблетки размером с горошину до чрезвычайно высокой плотности. При достижении критической точки гранула воспламеняется за счет ударно-волнового нагрева.
Термоядерные электростанции, использующие эту технику, будут поджигать топливные таблетки несколько раз в секунду.
Полученное тепло затем используется для производства пара, который приводит в действие турбины, вырабатывающие электроэнергию.
В магнитных системах удержания электромагниты используются для удержания плазменного топлива. Один из наиболее перспективных вариантов — токамак — содержит плазму в камере в форме пончика. В плазме индуцируется мощный электрический ток, что приводит к повышению температуры. Плазма также нагревается вспомогательными системами, такими как микроволны, радиоволны или ускоренные частицы. При этом достигаются температуры в несколько сотен миллионов градусов по Цельсию.
Польза для человечества
Потенциальные преимущества термоядерной энергии многообразны, поскольку она представляет собой долгосрочный, устойчивый, экономичный и безопасный источник энергии для производства электроэнергии.
Топливо недорогое и его много в природе, а количество долгоживущих радиоактивных отходов и парниковых газов, образующихся в результате синтеза, минимально.