Технология ITER

Перевод статьи Bloomberg “Billionaires Chase ‘SpaceX Moment’ for the Holy Grail of Energy”.

Трио богатейших людей мира — Билл Гейтс, Джефф Безос и Пол Аллен (умер в октябре 2018 года), чье общее состояние на 2018 год превышает $250 миллиардов, обратили свой взор на термоядерную энергетику. Миллиардеры вкладывают большие деньги в коммерческие проекты, предполагающие создание термоядерных реакторов, в которых возможно проведение управляемых реакций синтеза для получения огромного количества энергии.

Выдающиеся инвесторы

Незадолго до своей смерти соучредитель Microsoft Пол Аллен отправился на юг Франции в исследовательский центр Кадараш, чтобы понаблюдать за ходом строительства международного экспериментального ядерного реактора (ITER). Это специальная установка, стоимостью в $24 миллиарда, которая должна будет воспроизвести на Земле термоядерные процессы, происходящие внутри Солнца. В ее создании принимают участие порядка 35 стран мира, строительные работы должны завершиться к 2025 году. Будущий реактор будет весить как три Эйфелевы башни, а его общая площадь составит 60 футбольных полей.

Пол Аллен был не любопытным профаном, наблюдающим за созданием “священного Грааля ядерной энергетики”, а настоящим экспертом-инвестором. Он хорошо разбирался в термоядерной физике и был одним из немногих миллиардеров-сторонников чистой энергии, вкладывающих деньги в частные компании, которые пытались построить первый коммерческий жизнеспособный термоядерный реактор до запуска ITER. Например, в 2016 году бизнесмен вместе с инвестиционным банком Goldman Sachs вложил $500 миллионов в стартап Tri Alpha Energy (Калифорния, США), занимающийся разработкой энергетических термоядерных технологий.

Пол Аллен во Франции

Фото: ITER/ Пол Аллен общается с инженерами ITER

Американский предприниматель умер от рака в возрасте 65 лет и уже не сможет увидеть реальных результатов, которые человечество достигнет в термоядерной энергетике. Но с его смертью финансирование проектов в этой области не закончилось.

Джефф Безос и Билл Гейтс — еще одни миллиардеры, направившие свой взор на технологию “способную дать людям огромные запасы чистой энергии”. Они вкладывают миллионы долларов в многообещающие стартапы, пытающиеся создать полноценный термоядерный реактор.

По данным интернет-издания Nextbigfuture, глава и основатель Amazon Джефф Безос в промежутке между 2016-2018 гг. инвестировал средства в канадскую компанию General Fusion (GF), которая занимается разработкой устройства для термоядерного синтеза. Сколько именно предприниматель вложил денег в этот проект, не сообщается, но научный портал пишет, что на конец 2016 года GF получило от спонсоров порядка $100 миллионов.

В марте 2018 года на счет еще одной подобной компании Commonwealth Fusion Systems, пытающейся построить компактную электростанцию на термоядерном синтезе, поступила круглая сумма от фонда Breakthrough Energy Ventures, спонсируемого Безосом и одним из создателей Microsoft Биллом Гейтсом. Цифра не называется.

Кстати, для Билла Гейтса это не первое вложение в термоядерную энергетику. В 2018 году он заключил спонсорские соглашения с компанией из США Southern Company на строительство небольшого реактора. Сумма капиталовложения не афишируется.

Это лишь часть инвестиций миллиардеров, о которой стало известно журналистам, сколько на самом деле вложено денег в подобные проекты — неизвестно, по информации издания Bloomberg, эта цифра может исчисляться сотнями миллионов долларов.

Термоядерная энергетика

В 30-х годах XX века немецкий физик-теоретик Ханс Бете предположил, что невообразимое количество энергии Солнца выделяется в результате термоядерных реакций, протекающих в недрах нашей звезды, при которых водород превращается в гелий и другие более тяжелые элементы. Эти реакции возможны только при очень высоких температурах и высоком давлении.

Исследования в области термоядерной энергии

Фото: International Atomic Energy Agency/ Количество научных исследований в области термоядерной энергетики

Спустя 20 лет после появления гипотезы Бете и чуть позднее “освоения” взрывного неуправляемого термоядерного синтеза, использовавшегося в водородной бомбе, у физиков появилось желание научиться управлять термоядерными реакциями для мирных целей, чтобы снабдить человечество неограниченным источником более дешевой и чистой энергии, такой, что рождается в недрах нашей звезды. Ученые загорелись идеей «зажечь» искусственное Солнце на Земле.

Для управляемого термоядерного синтеза начали разрабатываться технологии, способные поддерживать высокие температуры и создавать необходимое давление. В СССР это были тороидальные камеры с магнитными катушками, или токамаки, чуть позже развитие получили так называемые открытые ловушки для удержания плазмы и другие разработки.

[Частной компании впервые удалось нагреть плазму до температуры большей, чем температура ядра Солнца]

Благодаря этим технологиям специалисты смогли произвести лишь кратковременные процессы термоядерного синтеза — во всех случаях на поддержание самой реакции ученые тратили энергии больше, чем получали.

Даже спустя 60 лет физикам так и не удалось создать полноценную установку, и до сих пор в энергетическом плане мы по большей части зависим от угля, газа и нефти.

Сегодня, чтобы произвести 1 ГВт электричества, угольная электростанция, например, должна сжигать порядка 3 миллионов тонн угля. А станции, которая бы работала на термоядерном синтезе, для получения того же самого количества энергии необходимо всего 250 килограммов топлива.

Следует уточнить, что термоядерный синтез — реакция прямо противоположная реакции распада, используемой в традиционной атомной энергетике. При распаде из тяжелых ядер атомов получаются более легкие, при синтезе же, наоборот, легкие ядра сливаются в тяжелые за счет кинетической энергии их теплового движения.

Почему это «чистая» энергия

Термоядерный синтез называют «чистым» потому что:

— во-первых, в отличие от того же угля, он не выделяет CO2 и не влияет на климат;

— во-вторых, по сравнению с атомными реакторами, использующими реакцию распада, содержит намного меньше радиоактивных материалов, и случайный выброс в случае аварии не будет представлять опасности для населения;

— в-третьих, при термоядерных реакциях образуется меньше долгоживущих радиоактивных отходов: только гелий, но его можно использовать “по назначению” в самых разных областях, к тому же, количество вырабатываемого гелия мизерное, всего 200 килограмм в год.

Пожалуй, жирным минусом является то, что внутренняя поверхность реактора, в котором производится синтез, через какое-то время может стать радиоактивной, однако это такая форма радиации, которая “выводится” через 100 лет.

Протекание термоядерного синтеза

Для ученых наибольший интерес представляют 4 реакции синтеза:

1) 2D+3T -> 4He 3.5 MeV + n 14.1 MeV;

2) 2D+2D -> 3T 1.01 MeV + p 3.02 MeV 50%
2D+2D -> 3He 0.82 MeV + n 2.45 MeV 50%;

3) 2D+3He -> 4He 3.6 MeV + p 14.7 MeV;

4) p+11B -> 34He + 8.7 MeV;

Где D — дейтерий — тяжелый водород, обычно получают из морской воды;

T — тритий — сверхтяжелый водород, радиоактивный отход;

He — гелий-3, встречается в атмосфере Земли, большие запасы на Луне;

B — бор-11 — практически 80% природного бора состоит из бор-11;

p — протий, самый легкий изотоп водорода.

1-я и 2-я реакции наиболее радиоактивны, 3-я и 4-я — менее, будет наблюдаться небольшое нейтронное излучение.

Строительство реактора ITER

Фото: ITER/ Строительство реактора ITER

Чтобы провести термоядерный синтез, необходимо сблизить два или более легких ядра, преодолев кулоновские силы отталкивания, на нужное для протекания реакции расстояние. Этого можно достичь путем нагревания до сверхвысоких температур. При таких температурах вещество существует в виде плазмы.

График температуры протекания термоядерных реакций

Для протекания первой и наиболее реалистичной реакции термоядерного синтеза, D+T, как видно из таблицы выше, необходимо 100 миллионов Кельвинов или приблизительно 99 миллионов градусов Цельсия. Реакция D+D будет протекать при такой температуре примерно в 100 раз медленнее. D+3HE начинает «идти» быстрее, чем D+D, только при 1 миллиарде градусов по Кельвину. Взять и нагреть что-то до тех же 100 миллионов Кельвинов очень сложно — любые нагретые предметы способны излучать свет, а значит, имеют свойство быстро остывать, поэтому, чтобы поддерживать необходимую температуру нужно постоянно “закачивать” в установку, где протекает реакция, огромное количество энергии.

Мы говорили выше, что у ученых пока не получается добиться успехов в проведении термоядерного синтеза, так как энергии на поддержание реакции они затрачивают больше, чем получают.

Однако, предполагается, что благодаря новому устройству ITER, которое физики должны запустить к 2025 году, человечество наконец-то сможет решить эту проблему: производительность выйдет в плюс, будет вырабатываться энергии в 10 раз больше, чем тратиться.

Почему миллиардеры вкладывают деньги в термоядерную энергетику

Термоядерный синтез — это то, что может произвести революцию в энергетике, об этом знают как ученые, работающие на государство, так и бизнесмены. Долгое время затраты на разработку реакторов, где можно было бы проводить термоядерные процессы, оставались слишком высоки, и их созданием в основном занимались лишь государственные структуры, что отпугивало большинство частных инвесторов. Но с последними успехами в области машинного обучения: Google научил программу подробно описывать поведение веществ в реакторах за считанные дни, и 3D-печати: Китай смог напечатать ключевой компонент термоядерного реактора, этот рынок стал менее дорогостоящим и привлек многих предпринимателей.

На сегодняшний день известно, как минимум, о двадцати частных проектах, преследующих цель построить первый работоспособный коммерческий термоядерный реактор. В случае успеха можно только гадать, какую колоссальную прибыль получат инвесторы.

Кроме того, некоторые эксперты считают, пишет Bloomberg, что даже если коммерческое использование термоядерной энергии наступит не скоро, бизнесмены все равно не останутся в проигрыше: технологии, созданные в процессе работы над реакторами, могут быть использованы в различных отраслях — как промышленности, так и медицине. Профильные компании уже начинают патентовать новые типы магнитов, которые можно применять в медицинских целях.

Противники термоядерной энергетики

Помимо сторонников термоядерной энергии есть и ее противники. Среди них основатель компании SpaceX Илон Маск. В одном из своих интервью он заявил, что деньги, которые вкладывают в эту область, лучше тратить на развитие солнечной энергетики.

У нас над головой есть естественный термоядерный реактор, который стабильно работает вот уже на протяжении миллиардов лет. Если создавать солнечные батареи, вы будете обеспечены энергией 24 часа 365 дней в году

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: Bloomberg

Всего комментариев: 0

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваш email не будет опубликован.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: