Американские ученые заявили, что термоядерный реактор впервые перешел в долгожданный режим «горения» плазмы. Эта новость прозвучала на фоне миллиардных инвестиций в «термоядерные» компании. Действительно ли эпоха безопасной и дешевой энергии уже на пороге?
Термоядерная энергетика — давняя мечта человечества. Один грамм дейтерия, основного термоядерного горючего, энергетически эквивалентен 10 000 литров бензина. Между тем дейтерий извлекается из обычной воды, и уже сейчас, при далеко не массовом производстве, упомянутый грамм стоит всего $16. Кроме того, единственными вредными отходами термоядерной генерации станут отслужившие свой срок оболочки реакторов. Наконец, на такой электростанции в принципе не может случиться катастрофы, подобной чернобыльской — при малейшем отклонении параметров от нормы реакция затухает сама собой.
Последнее обстоятельство прекрасно с точки зрения безопасности. Но оно же более полувека не позволяет «термояду» превратиться из области исследований в отрасль энергетики. Термоядерный реактор требует плазмы, разогретой до десятков миллионов градусов. То и дело затухающая реакция дает слишком мало энергии, чтобы хотя бы поддерживать эту громадную температуру, не говоря уж о том, чтобы отдать излишек мощности потребителю. До недавнего времени никто не мог похвастаться установкой, в которой термоядерная реакция была бы основным источником нагрева плазмы. Физики называют этот желанный режим работы «режимом горящей плазмы» (burning plasma).
Зажигательный успех
И вот физики из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, принадлежащей Министерству энергетики США, заявили, что им удалось «зажечь» плазму. О предварительных результатах эксперимента было объявлено в августе 2021 года. А в ноябре исследователи отчитались об этом достижении на ежегодном собрании отделения физики плазмы Американского физического общества и представили препринт научной статьи, направленной в журнал Nature.
Эксперимент был проведен на установке National Ignition Facility, что можно приблизительно перевести как «национальный комплекс зажигания» (имеется в виду зажигание плазмы). В этом устройстве мишень с термоядерным топливом облучается мощными лазерами. Это направление исследований (лазерный термоядерный синтез) десятилетиями считалось менее перспективным, чем использование токамаков (токамак — «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками», реактор, который представляет собой полый тор, внутри которого создается плазма.). Удивительно, но именно здесь был достигнут знаковый успех.
В установке NIF 192 лазерных луча фокусируются на золотой мишени. За каких-то 20 наносекунд цилиндр радиусом несколько миллиметров получает энергию в 1,9 МДж (0,5 кВт⋅ч). От этого золото испаряется и испускает рентгеновские лучи. Последние облучают спрятанную внутри мишени капсулу со смесью дейтерия и трития, превращая ее в облако сжатой раскаленной плазмы. В результате между дейтерием и тритием происходит термоядерная реакция.
Эксперименты на NIF начались в 2009 году и поначалу были неудачными. Одно время проект находился на грани закрытия. Однако после нескольких лет попыток физики достигли заметных успехов. Исследователи постоянно совершенствовали технологию, добиваясь все более эффективной реакции. И вот наконец они продемонстрировали «горящую» плазму: вклад термоядерной реакции в нагрев плазмы оказался больше вклада лазера.
Эту новость не следует понимать так, что реактор произвел больше энергии, чем затратил. Дело в том, что далеко не вся энергия лазерных лучей доходит до плазмы, в которой идет реакция. Она тратится на испарение золота, на генерацию рентгеновских лучей, большая часть которых уходит в молоко и на другие побочные процессы. В итоге лазер потратил 1,9 МДж энергии, а реакция произвела чуть больше 1,3 МДж. То есть реактор вернул около 70% затраченной энергии. Это рекорд производительности для термоядерных установок, но это еще даже не выход в ноль.
Экономика обещаний
Совпадение это или нет, но за этой научно-технической новостью последовали новости деловые. 1 декабря стартап Commonwealth Fusion Systems объявил о привлечении $1,8 млрд. По данным The Wall Street Journal, это крупнейшие в истории частные инвестиции в разработку термоядерных реакторов. В обширном списке инвесторов значатся Билл Гейтс и Джордж Сорос, а также Google. Финансовых и технологических гигантов, видимо, привлекает амбициозное обещание компании построить первую коммерческую термоядерную электростанцию к началу 2030-х годов.
Впрочем, Commonwealth Fusion Systems не одинока в своем оптимизме. Такие же сроки называет компания Tokamak Energy. Еще смелее звучат обещания General Fusion — 2025 год. Компании Helion Energy и First Light Fusion рассчитывают к 2024 году создать реакторы, которые будут вырабатывать больше энергии, чем потребляют. Zap Energy планирует выйти на этот рубеж в 2023-м. К слову, Helion Energy недавно привлекла $500 млн частных инвестиций, а General Fusion — $130 млн.
Отметим, что не все эти компании так уж молоды. Так, Helion Energy основана в 2013 году, First Light Fusion — в 2011-м, Tokamak Energy — в 2009 году, General Fusion — в 2002-м. Настоящими стартапами можно назвать разве что Zap Energy (2017 год) и Commonwealth Fusion Systems (2018-й). При этом старожилам рынка термоядерных обещаний уже доводилось, мягко говоря, отставать от графика. General Fusion в 2009 году обещала через десять лет представить прототип электростанции. Helion Energy в 2015 году собиралась построить «полезный реактор» в течение трех лет. Тогда же Tokamak Energy прогнозировала положительный энергетический баланс реактора к 2020 году.
Что эти компании сегодня могут продемонстрировать рынку, кроме оптимизма? У Commonwealth Fusion Systems есть инновационные электромагниты огромной мощности, которые должны удерживать плазму в токамаке. На сайте Zap Energy утверждается, что специалисты компании осуществили свою первую термоядерную реакцию еще в 2018 году. Физики из Helion Energy разогрели плазму до 100 млн градусов — температура, считающаяся оптимальной для термоядерной реакции. Tokamak Energy тоже близка к этому рубежу. Все это замечательно само по себе, но это лишь отдельные шаги к готовой электростанции.
А ведь построить такую станцию — это еще не все. Термоядерная энергетика требует множества сопутствующих технологий, от производства дейтерия из воды до утилизации радиоактивных реакторных оболочек. Некоторые из них уже освоены и ждут только масштабирования, но другие еще предстоит разработать и внедрить.
В общем, несмотря на громкие заявления бизнесменов и оптимизм инвесторов, не стоит забывать о прочно вошедшем в физический фольклор «законе природы»: какой бы год ни стоял на дворе, до коммерческих термоядерных электростанций всегда остается 30 лет.
Анатолий Глянцев 12.12.2021
Комментарии
ещё лет 50-100
Есть такая тема "экспоненциальная скорость развития технологий". Можно быть всё случится чуть раньше... Что за пессимизм?
С другой стороны может же такое быть, что тему термояда искусственно придерживало какое-нибудь углеводородное лобби?
Это термоядерная постоянная.
Термоядерная постоянная - это 30 лет.
Как только освоим технологию, можно будет считать, что совершили квантовый скачок.
Почитайте критику термоядерного синтерза как такового. Есть обоснованное мнение, что там вообще нет обещанных энергий. И соответственно ничего никогда не взлетит.
еще 1..2 триллиона долларов и все будет
О каких триллионах идёт речь? На международный проект ткомака потратили от силы 50млрд. - и это лет за 20. Если бы туда влупили триллион - давно бы построили.
Задаёмся вопросам - кому выгодно тормозить? Ответ - очевиден.
Проект ИТЭР тянется уже лет 30. В рамках упреждающих исследований по этому проекту построенны небольшие установки у нас, Ю.Корее, Китае и может ещё где-то. И это всё в рамках первого этапа. Всего этапов планируется три(!). Для каждого этапа установка будет перестраиваться с учётом достижений и доступных технологий. Допускаю, что этапов будет больше, чем три. Если каждый этап будет тянуться лет по 40, то сдохнут и ишак и подишах.
Каждому !!!
Просто оставлю здесь эту ссылку: https://aftershock.news/?q=node/1038282
Хорошая статья. Разделяю вашу точку зрения
Кстати, интересный оксюморон вырисовывается...
С приходом термояда в нашу действительность человечество в философском смысле окончательно уверует в то, что бесконечный рост чего бы то ни было - это утопия.
Даже если завтра появится промышленный термоядерный реактор, коллапс товарного производства и общества это не отменит, не затормозит, а только ускорит.
Но конечно выходить из коллапса общества лучше с термоядерными технологиями, робототехникой и замкнутыми биологическими системами. Ведь по сути для выхода из коллапса требуется:
Ну, термоядерная трансмутация изотопов уже точно на подходе.
"Дайте мне ишака и через 15 лет я научу его говорить" (с)
Интересно, а можно вместо золота испарять железо?
Так вот почему весь урожай золота в Бриташку уходит - они его там на рентген испаряют...
Термоядерная установка на импульсных пучках электронов, возле которой я работал, использовалась, и наверное, используется до сих пор, для проверки военной радиоаппаратуры на устойчивость к излучению взрыва атомной бомбы. Это дешевле, чем каждый раз взрывать атомный заряд. Полагаю, интерес к термояду связан с началом новой гонки вооружений.
Не совсем понимаю как это связано
Импульсный термояд - лазерный, на электронных пучках, да и в токамаках - создает мощный поток рентгеновских и корпускулярных излучений, которые используются для проверки устойчивости средств наведения ракет и военной электроники к факторам атомного взрыва.
Думается, дальнейший рост КПД потребует на порядки больших затрат.. чтобы в ноль выйти...
Гвидон попал в невероятный град.
Там мироточит термояд.
И, если бы не наливали мы отсюда,
То, вряд ли бы случилось чудо!
Лазерный термоядерный синтез известен давно. Но по ряду причин это тупиковая ветвь.
Лазерными лучами обжимается мишень, за счет чего и достигаются необходимые параметры термоядерного микро взрыва.
Ученые осуществили микровзрыв - молодцы. Но после этого реактор разбирается, чистится, и устанавливается новая мишень...
И следующий импульс через неделю.
Наблюдаем кризис новых идей, за последние 50 лет нового ничего не предложено, продолжаем перебирать идеи предложенные много лет назад. Только прогресса не видно и вряд ли будет.
Всё новое хорошо забытое старое.
Ни хрена он не вернул! Значительнай часть выделившейся энергии была вынесена из зоны реакции нейтронами с чудовищной энергией около 20 МэВ, которая была в итоге потрачена на разрушение случайных атомов в радиусе нескольких метров от установки.
Может что-то нагреть можно этими нейтронами?