Журнал Compass #14

ЭНЕРГИЯ БУДУЩЕГО Ученые уверены, что в будущем термоядерные реакторы решат все проблемы с энергоснабжением

О небывалом потенциале термоядерной энергии твердят без малого сотню лет. И пусть коммерческого применения технологии ждать еще не один десяток лет, а приверженцы возобновляемой энергетики жалуются, что мегапроекты типа ITER оттягивают на себя ресурсы, которые можно вложить в решения с намного меньшим сроком реализации, небольшие частные стартапы сообщают о впечатляющих результатах и обнадеживают достаточно скорым пришествием термоядерных электростанций.

Ещще в 1930-х годах ученые полагали возможной имитацию термоядерных процессов, происходящих на солнце. «Для получения резкого выброса энергии нужно предельно сблизить ядра легких атомов, чтобы образовать из них более тяжелые атомы», - говорит Ян Хатчинсон, профессор ядерной физики в Центре изучения плазмы и термоядерного синтеза (PSFC) Массачусетского технологического института. «Для этого необходимо нагреть газ, состоящий из разных изотопов водорода, до температуры в 10 раз выше, чем на Солнце – более 100 миллионов кельвинов [по шкале Цельсия значение температуры близко к указанному; по Фаренгейту она составляет примерно 180 миллионов градусов]. Затем нужно как-то удержать раскаленные газы или, по-другому, «плазму», в ограниченном пространстве. Чаще всего для этого используется закольцованная магнитная камера под названием «токамак».

Плазма представляет собой газ из электрически заряженных частиц, в котором несущие отрицательный заряд электроны полностью отделены от положительно заряженных ядер атомов. Слово «токамак» является русским по происхождению, поскольку первые подобные реакторы были спроектированы советскими физиками в 1950-х годах.

ТЕКУЩИЕ УСПЕХИ

Чаще всего в СМИ даются отсылки к двум самым масштабным проектам – JET и ITER (международный экспериментальный термоядерный реактор), однако перспективнее в плане развития могут оказаться менее крупные инициативы с относительно скромным финансированием.

Термоядерный реактор стран Европей- ского экономического сообщества JET, расположенный в центре Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) в Абингдоне, Оксфордшир, Великобритания, считается самым крупным и мощным токамаком в мире. «С помощью JET нам впервые в мире удалось добиться контролируемого выброса термоядерной энергии при использовании дейтерия и трития [результат 1991 года], и побить мировой рекорд выработанной мощности по отрасли», - говорит Грег Кич, инженер CCFE. Установленный в 1997 году рекорд позволил получить на выходе 16 мегаватт энергии.

И хотя проект доказал возможность получения энергии из реакции термоя- дерного синтеза, для работы JET на мощности 16 мегаватт понадобилось 24 мегаватта энергии. «Следующим шагом должно стать получение большего объема энергии, чем затрачивается на работу реактора», - говорит Кич. «Именно для этого создавался реактор ITER».

Ближайшим конкурентом JET стал проект ITER, что на латыни означает «путь». При стоимости свыше €13 млрд ($15 млрд), ITER признан самым амбициозным проектом в сфере энергетики в мире. Над ITER трудится консорциум из представителей 35 стран, а результатом станет токамак, в десять раз превосходящий по объему и в линейных размерах реактор JET. «На текущий момент ведется строительство ITER в местечке Сен-Поль-ле-Дюранс на юге Франции, причем мы надеемся получать в 10 раз больше энергии, чем будет потреблять реактор», - говорит Лабан Кобленц, директор ITER по внешним отношениям. «При условии успешного производства достаточного количества энергии, проект ITER станет готовым промышленным прототипом и, предположительно, превратится в первый термоядерный источник энергии для электросети», - говорит Кич.

ВОПРОС ВРЕМЕНИ

В случае успешной реализации эти проекты подтвердят свой грандиозный потенциал, в особенности для развиваю- щихся стран с быстро растущими городами, где велика потребность в экологически чистых и мощных источниках энергии. «Термоядерная энергетика сделает нашу жизнь совершенно другой», - говорит Кич. «Энергетическое изобилие будет в равной степени доступно для развивающихся,индустриализирующихся и развитых стран». Стивен Коули, директор CCFE, делает немного другой акцент. «Термоядерный синтез будет насыщать мир энергией до тех пор, пока Солнце не поглотит нашу планету, то есть 4-5 миллиардов лет», - говорит Коули. «Это идеальный способ вырабатывать энергию, разве что очень дорогостоящий и трудный».

В этом вся загвоздка. В связи с гигантскими затратами и невероятной сложностью, - говорит Кич, - проект ITER едва ли будет завершен раньше 2025 года, и то лишь в стадии DEMO (демонстрационная электростанция), тогда как полноценное окончание намечено на 2050 год. И даже после этого энергия термоядерного синтеза, при условии успеха научных исследований, станет широко доступной не ранее 2070 года.

“FUSION WILL TRANSFORM OUR LIVES.” 

GREG KEECH ENGINEER, CULHAM CENTRE FOR FUSION ENERGY

СЛИШКОМ ХОРОШО, ЧТОБЫ БЫТЬ ПРАВДОЙ?

Критики опасаются, что термоядерные реакторы никогда не смогут производить коммерчески выгодную энергию, а заодно указывают на неизвестные риски при их работе, ведь они являются источником радиоактивных отходов наравне с современными реакторами на энергии распада. «ITER оттягивает внимание от таких проблем в энергетике, как возобновляемые ресурсы и энергосбережение», - написала в 2013 году сотрудница Sortir du Nucléaire Шарлотт Мижон в статье, опубликованной на SmartPlanet.com.

Именно это заставляет Яна Гаверкампа, польского специалиста в области атомной энергии и политики энергообеспечения, который трудится в Greenpeace International, Амстердам, утверждать, что термоядерная энергия никогда не выйдет на стадию реального воплощения.

«В 1979 году мой университетский преподаватель ядерной физики заявлял, что через 50 лет наступит эпоха термоядерного синтеза», - говорит Гаверкамп. «Сейчас этого события предстоит ждать те же 50 лет. В отчете ’The Energy [R]evolution Scenario’ (Сценарий энергетической [р]еволюции) и других работах отмечено, что возобновляемой энергетике по силам справиться с современными потребностями мира в электричестве, и эта позиция видится достаточно обоснованной. Термоядерная энергия – это технический бзик мегаломана».

Стюарт Прагер, директор Принстонской лаборатории физики плазмы при Министерстве энергетики США (PPPL) в Принстоне, Нью-Джерси, полагает подобные комментарии недальновидными и заявляет о бессмысленности отказа от рассмотрения перспектив этой технологии, пока не будут получены конкретные результаты. «Никто не знает, хватит ли энергии из возобновляемых источников для покрытия всех потребностей будущего», - говорит он. «Нами уже столько сделано, что нас не остановят ни дополнительные денежные расходы, ни временные затраты».

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПУТЬ

Как бы там ни было, ITER преследуют постоянные срывы сроков и перерасходы средств, общий объем которых может превысить $50 млрд (€43,5 млрд), что почти в 10 раз больше изначальной сметы проекта. В то же время в мире реализуются и другие, менее масштабные индивидуальные проекты постройки термоядерных реакторов, которые оказались удачливее в деле сокращения затрат и сроков.

Компания Tri Alpha Energy проводит испытания запрятанного в горах Санта- Ана к востоку от Ирвина, Калифорния, линейного реактора, который, с ее слов, будет меньше, проще и дешевле токамака, то есть коммерческая термоядерная энергия может оказаться доступной всего через десять лет, что в 3-5 раз лучше самого оптимистичного прогноза для токамаков.

Одновременно с этим в Бернаби, Канада, научная группа General Fusion, частной компании, финансируемой из средств венчурных фондов, правительства Канады, Малайзии и американской Лос-Аламосской национальной научноисследовательской лаборатории, США, разработала реактор, в котором используются поршни, приводимые в движение взрывом.

«Если General Fusion будет сопутствовать успех, ее термоядерные реакторы появятся на многие десятилетия раньше, чем у остальных», - говорит Мишель Делаж, вице-президент компании по стратегии и корпоративному развитию.

В целом эксперты отрасли достаточно уверенно рассуждают о будущем термоя- дерного синтеза. «Нас ждут интересные времена», - говорит Делаж. «Вне всяких сомнений, хотя бы один из проводимых в мире проектов окажется успешным и подарит человечеству энергию термоя- дерного синтеза на многие годы вперед».

Технология термоядерного синтеза просто обязана стать реальностью, полагает Хатчинсон. «Конечно, нам предстоит проделать немалую работу, но термоядерная энергия является безусловным фаворитом для будущих поколений».

Скрытый в ней потенциал, говорит Прагер, позволит перевернуть мир. «Я нисколько не сомневаюсь в том, что будущее – за термоядерным синтезом», - говорит он. «Сложно выразить словами волнение, которое меня охватывает, стоит лишь задуматься о том, что нас ждет в ближайшие годы».

автор статьи Линдси Джеймс Вернуться к началу страницы
автор статьи Линдси Джеймс

Станет ли термоядерная энергия реальностью?
http://bit.ly/FusionReality