Энергия, вырабатываемая новым ядерным реактором, будет дешевле угольной
Энергетика управляемого ядерного синтеза кажется слишком хорошей, чтобы быть правдой: нулевые выбросы парниковых газов, быстрораспадающиеся радиоактивные отходы, почти неограниченный запас топлива. Как следует из названия, ядерный синтез основан на слиянии атомов водорода с образованием гелия. В ходе этого процесса выделяется огромное количество энергии. Есть версия, что с помощью ядерного синтеза один стакан воды может производить столько же энергии, сколько полмиллиона баррелей нефти. Также эта технология безопаснее, чем АЭС, которые полагаются на расщепления тяжёлых атомов.
Экспериментальный реактор HIT-SI3 (фото University of Washington).
Однако самое большое препятствие не даёт широко развиться данному виду энергетики: создание электричества этим способом обходится слишком дорого. Конструкции термоядерных электростанций не достаточно дёшевы, чтобы быть выгоднее систем, использующих ископаемое топливо (уголь или природный газ).
Инженеры из Вашингтонского университета хотели бы изменить такое положение вещей. Они разработали инновационную концепцию термоядерного реактора, который при масштабировании до размеров полновесной электростанции не будет стоить больше, чем угольная электростанция с аналогичной мощностью.
"В данный момент эта конструкция имеет потенциал производства экономичной термоядерной энергии куда больший, чем любая из современных концепций", – нескромно сообщает физик Вашингтонского университета Томас Джарбо (Thomas Jarboe).
Реактор, разработанный специалистами Вашингтонского университета, получил название диномак (dynomak), по аналогии с токамаком и другими подобными камерами.
Джарбо начал работу над этим проектом два года назад совместно с докторантом Дереком Сазерлендом (Derek Sutherland). После того как проект был закончен, учёные продолжали развивать и совершенствовать концепцию.
Конструкция опирается на уже существующие технологии: внутри замкнутого пространства создаётся магнитное поле, сжимающее и разогревающее водород, доводящее его до состояния плазмы, а затем и до реакции синтеза.
Реактор в основном работает в самоподдерживающемся режиме, так как плазма в нём постоянно нагревается для обеспечения условий протекания термоядерной реакции. Выделяемое реактором тепло нагревает сначала солевое "одеяло" реактора, которое в свою очередь кипятит воду. Она вращает турбину и генерирует электричество (по такому принципу работает типичный энергетический реактор).
"Это весьма элегантное решение, потому что среда, в которой можно создавать подобное слияние, является средой, в которой также генерируется весь ток, необходимый для её локализации", – комментирует Сазерленд.
Существует несколько способов создать магнитное поле, которое имеет решающее значение для поддержания термоядерного синтеза. Конструкция, использующаяся учёными из Вашингтона, известна как сферомак (spheromak), то есть камера имеет форму не тора, а сплюснутого сфероида. Она создаёт большую часть магнитных полей с помощью движущихся электрических токов в самой плазме. Это означает, что для его создания необходимо меньше материалов, приборов, да и общий размер реактора получается меньше. Строить такую установку проще и дешевле.
Что любопытно, стоимость данного проекта составляет примерно одну десятую от ценника строящегося во Франции Международного экспериментального термоядерного реактора ITER, и при этом в новом устройстве может производиться в пять раз больше энергии.
Исследователи из Вашингтонского университета рассчитали все затраты на строительство электростанции с термоядерным реактором и сравнили со стоимостью угольной электростанции. В своей метрике они учли все расходы, в том числе те, что уйдут на инфраструктуру запуска. Стоимость станции по производству одного гигаватта оказалась $2,7 миллиарда (109 миллиардов рублей), а вот стоимость аналогичной угольной электростанции — $2,8 миллиарда (113 миллиардов рублей).
В данный момент концепция исследователей составляет лишь одну десятую как по размеру, так и по выходной мощности конечного продукта. Учёные успешно протестировали способность прототипа эффективно поддерживать плазму. Далее планируется увеличить размер устройства, а также разогнать его до более высоких температур плазмы (то есть получить значительный термоядерный энергетический выход).
P.S.
Российские ученые отказались верить успехам американцев в термоядерном синтезе
Российские ученые, занимающиеся исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза, назвали сообщение корпорации Lockheed Martin о разработке компактного и мощного источника термоядерной энергии ненаучным заявлением, направленным на привлечение внимания широкой публики. Директор «ИТЭР-Центра», доктор физико-математических наук Анатолий Красильников отметил, что заявление компании — это «рекламная акция», сообщает ТАСС.
«Не будет у них никакого опытного образца. Человечество работает десятилетиями, а Lockheed Martin возьмет и запустит, — заявил он. — Я думаю, что они делают хорошую рекламную акцию, привлекая внимание к своему имени. К реальному термоядерному реактору это отношения не имеет».
«Да, это для тех, кто не понимает, кажется правдой. Нельзя вести работы в закрытом режиме, которые человечество ведет в открытом, — добавил ученый. — У них что, другая физика и другие законы природы? Я даже не знаю, о каком проекте идет речь».
Сейчас в России разрабатывается проект экспериментального гибридного реактора, рассказал Красильников. «Он представляет собой сочетание технологий ядерного реактора, работающего на принципе деления ядер, и термоядерного реактора, работающего на принципе синтеза, — пояснил ученый. — Реальный реактор будет следующим шагом на основании результатов, которые будут получены экспериментально, — это 2030 год».
С секретностью работ Lockheed Martin Красильников связал боязнь компании быть разоблаченной экспертами. «Они не называют установку, и как только они скажут, то профессионалы поймут, что это PR-акция. Они неспроста так себя ведут, потому что будут разоблачены, — заявил он. — Это не наука, это совсем другая деятельность. Наукой они не занимаются, по крайней мере, я об этом не знаю. Эта группа инициативных людей решила привлечь к себе внимание, капитализировать потом в акции и получить прибыль».
Поддержал своего коллегу и академик Российской академии наук Евгений Велихов, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». «Я этого не знаю, я думаю, что это фантазии. Мне не известно о проектах Lockheed Martin в этой области. Пусть заявляют. Разработают — покажут», — сказал он.
В пресс-релизе, размещенном на официальном сайте Lockheed Martin, сообщается о планах секретного подразделения компании, имеющей неофициальное название Skunk Works, через год запустить опытный образец термоядерного реактора, через пять лет — полноценный прототип, а в 2024 году — первую рабочую установку. Новость сопровождается видео, иллюстрирующим намерения корпорации. Примечательно, что на 02:52 минуте там показан типично российский пейзаж с «Жигулями» и баннером известного ретейлера бытовой электроники.
НАСА выбрало Lockheed Martin в качестве производителя нового многоразового космического корабля Orion. В штате компании числятся 113 тысяч человек, а ее выручка за 2013 год составила 45,358 миллиарда долларов.
