Суть времени, 2013 № 13 - страница 12
Так что «топливный» водород при существующих технологиях имеет смысл получать только за счет энергии наиболее эффективных «традиционных» электростанций, и только для того, чтобы использовать в энергетике в условиях, где требуются особая экологическая «безотходность» и чистота.
Теперь перейдем к тому, на что уже давно возлагаются наиболее фундаментальные «энергетические надежды». Это термоядерная энергетика, или управляемый термоядерный синтез (УТС).
Мечтают об УТС уже 60 лет — с тех времен, когда взорвали первые термоядерные бомбы. Бомбы стали экспериментальным подтверждением того теоретического факта, что из грамма «термоядерного топлива» можно получить в 20 миллионов раз больше энергии, чем из грамма нефти. И тогда ученые и технологи занялись главным словом в УТС — «управляемый».
Дело в том, что термоядерные реакции с таким гигантским энергетическим выходом происходят лишь в случае, когда ядра изотопов «горючего» удается, преодолев электрические силы отталкивания, сблизить до расстояний, когда над отталкиванием начинает преобладать притяжение так называемого «сильного» взаимодействия. И тогда ядра сливаются с выделением огромной энергии.
В звездах (энергию их «горения» обеспечивают именно термоядерные реакции в плазме) это обеспечивается сверхвысокими давлениями и температурами плазмы в многие миллионы градусов. То есть, чтобы решить задачу УТС, нужно обеспечить «звездные» условия в промышленной энергетической установке.
Ясно, что это проще всего сделать для ядер, малый электрический заряд которых позволяет легче преодолевать силы отталкивания, и для которых одновременно высока вероятность слияния в термоядерной реакции. Это, как выяснилось еще при создании водородных бомб, изотопы водорода дейтерий и тритий, в которых, в отличие от обычного водорода с ядром из одного протона, в ядре с протоном соседствуют один (у дейтерия) и два (у трития) нейтрона. Причем если тритий радиоактивен и быстро распадается (хотя его можно производить искусственно), то дейтерий сравнительно устойчив, и его довольно много в обычной воде. А значит, океаны, моря, озера и реки Земли в потенциале содержат практически неисчерпаемый — на миллионы лет — источник энергии для человечества.
Дальше — начинаются научно-технологические сложности. Даже самая «легкая» термоядерная реакция — между ядрами дейтерия и трития — требует температуры плазмы около 100 млн °С. А также удержания плазмы в зоне реакции достаточное для реакции время и одновременного обеспечения необходимой плотности плазмы. Никакие мыслимые материалы — для конструкции реактора — таких условий не выдерживают.
И потому (первый вариант) для управляемой реакции нужно удерживать плазму в магнитном поле, разогревая ее электрическим током и не допуская ее контакта со стенками реактора. Или же (второй вариант) — разогревать и сжимать микроскопические объемы «термоядерного горючего» направленными со всех сторон одновременно лазерными импульсами, и проводить реакцию не непрерывно, а в виде серии «термоядерных микровзрывов».
Пока что значимых подвижек в решении проблемы УТС добились по первому варианту — в исследовательских установках под названием ТОКАМАК (тороидальная камера с магнитными катушками). Их в мире строили и испытывали уже сотни, причем много лет в этой сфере лидером был СССР. В ходе этих исследований выяснялось все больше научных и технологических проблем, установки становились все сложнее и дороже. И поэтому (хотя здесь есть особые вопросы, к которым я вернусь ниже) было решено объединять исследовательские работы по «мирному термояду» в крупные международные проекты.
В 2007 г. на одном из международных токамаков выделенная энергия термоядерной реакции впервые превысила энергию, затраченную для ее запуска. На следующий прорыв к термоядерной энергии рассчитан крупнейший международный проект токамака ITER, который строят на юге Франции и рассчитывают запустить в работу в 2020 г.
Но и проект ITER — пока тоже исследовательский. Ведь наиболее достижимые термоядерные реакции «дейтерий-тритий» — дают на выходе, помимо «нужного» тепла, «вредный побочный продукт» в виде мощных потоков высокоэнергетических нейтронов. Которые быстро разрушают стенки реактора, заодно превращая компоненты конструкционных элементов реактора в изотопы с очень высокой радиоактивностью.