Мы “близки” к созданию термоядерной энергии уже 50 лет. Когда же это произойдет на самом деле?

Энергия термоядерного синтеза должна была стать воплощением мечты. Как только мы обнаружили, что можно сталкивать маленькие атомы вместе, чтобы получились большие атомы, и при этом выделять небольшое количество энергии, ученые всего мира осознали последствия нового знания физики. Одни хотели превратить ее в оружие, а другие – в чистый, эффективный, неисчерпаемый источник электрической энергии.

Но оказалось, что термоядерная энергия – это… сложно. Очень сложно. Очень трудно. В ней много неожиданных подводных камней и ловушек. Мы пытаемся создать термоядерные генераторы уже три четверти века, и добились большого прогресса – огромного, новаторского, расширяющего горизонты прогресса. Но мы еще так и не достигли цели. Уже около 50 лет термоядерная энергетика относится к тем вещам, про которые постоянно говорят “осталось всего 20 лет”.

Основная проблема заключается в том, что, хотя осуществить термоядерный синтез относительно просто – мы делали это с помощью термоядерного оружия, – гораздо сложнее сделать реакцию медленной и контролируемой, извлекая из нее полезную энергию.

В современную эпоху существует два основных подхода к созданию полезной энергии ядерного синтеза. Один из них основан на процессе, называемом инерционным удержанием, когда вы стреляете кучей лазеров в небольшую мишень и заставляете ее взорваться, запуская короткую термоядерную реакцию. В декабре 2022 года Национальная установка зажигания (NIF) Министерства энергетики США попала в заголовки газет благодаря использованию этого метода для достижения “безубыточности”, когда из топлива выделяется больше энергии, чем в него поступило.

Другой подход основан на магнитном удержании, когда мощные магнитные поля сжимают плазму до тех пор, пока она не начнет плавиться. Эксперименты в этой области прошли долгий путь, но все еще сталкиваются с проблемами в обеспечении стабильности плазмы, что необходимо для устойчивой термоядерной реакции. Последняя итерация, названная ИТЭР, в настоящее время строится международным исследовательским консорциумом, который надеется, что после завершения строительства ИТЭР станет первым устройством магнитного удержания, достигшим безубыточности.

термояд

Но NIF не предназначен для выработки электроэнергии, и неясно, как превратить его процесс в электростанцию. При всей своей мощи он произвел в результате термоядерного синтеза электроэнергии всего на пять центов. Кроме того, его “безубыточность” имеет технический смысл, который несколько разочаровывает. Да, топливо выделило больше энергии, чем поглотило, но лишь менее 1 % энергии всего аппарата изначально попало в топливо. Что касается ИТЭР, то эта установка безнадежно погрязла в бесхозяйственности и перерасходе средств, а ведь она даже не предназначена для выработки электроэнергии.

Когда же термоядерная энергетика наконец появится? 

Сложно с уверенностью сказать, когда, если вообще когда-нибудь, мы достигнем устойчивой термоядерной энергетики. Но вот примерные шансы, построенные совершенно ненаучно: 10% – в ближайшие 20 лет, 50% – в следующем столетии, 30% – в ближайшие 100 лет и 10% вероятности, что это никогда не произойдет.

Откуда взялись эти цифры? Термоядерная энергетика – это то, что принято называть вызовом поколения или столетия. Человечеству уже доводилось осуществлять подобные проекты: масштабные ирригационные сооружения на заре человеческой истории, строительство огромных храмов и городов, развитие паровой энергетики, железных дорог, соборов и многого другого.

Обычно такие проекты требуют участия нескольких поколений. Иногда мы можем ускорить прогресс и завершить их за короткое время, если вложим в них огромное количество ресурсов и если одновременно повезет с нужными людьми, руководством, талантами и ноу-хау. Мы видели, как это произошло относительно недавно, с Манхэттенским проектом и лунными инициативами.

Но в середине XX века, когда у нас была возможность потратить время и деньги целого поколения на ядерные исследования, перед нами встал выбор между бомбами и электростанциями – и мы выбрали бомбы. Поэтому, когда в 1950-х годах направление исследований в области электростанций не продвигалось так быстро (потому что в него не вкладывались средства на уровне столетия), оно просто заглохло и затихло.

Это означает, что исследования в области термоядерного синтеза были отнесены к тем же приоритетам, что и большинство других направлений исследований, а значит, на их реализацию с таким финансированием уйдет примерно столетие. Но это не страшно. Мы не будем торопиться, мы сделаем все правильно, и это будет того стоить.

Читайте также: Термоядерная ракета, разгоняющаяся до 800 000 км в час

Поделиться

Добавить комментарий