☢ Коммерческий ядерный синтез — реальность?

Вполне возможно, что коммерческий ядерный синтез станет возможным уже в этом десятилетии. Напомню, что ядерный синтез — энергетический Святой Грааль. Это то, что происходит в звездах и за счет чего "работает" Солнце.

В отличие от обычных атомных станций, которые запускают цепные реакции расщепления ядер урана, что в результате сложно контролировать, а радиоактивные продукты работы распадаются десятки тысячелетий, ядерный синтез работает не на расщеплении, а на слиянии ядер. В основном речь идет про изотопы водорода дейтерий и тритий. В результате синтеза получается более тяжелый атом гелия-4 и большое количество энергии. Причем этот процесс очень легко контролировать т.к. реакция не цепная, а сам процесс несоизмеримо менее радиоактивен и без вредных радиоактивных отходов, которые необходимо куда-то захоронить на тысячелетия.

К слову, еще более привлекателен синтез ядер изотопа водорода дейтерия и гелия-3. Если дейтерий легкодоступен, то гелий-3 очень редкое вещество, но его можно производить. Он является результатом синтеза ядер дейтерия, а также распада трития, другого изотопа водорода. Другими словами, водород — топливо для реактора ядерного синтеза.

С учетом, что водород во вселенной составляет 75% всей материи, топливо для ядерного синтеза весьма доступно. Каждый стакан воды содержит огромнейшее количество ядерной энергии. То есть по всем параметрам ядерный синтез невероятно хороший способ получать энергию.

Трудности ядерного синтеза

Основная проблема в том, что для ядерного синтеза необходимо превратить атомы топлива в плазму и поднять ее температуру до 100 млн градусов, чтобы ядра преодолели электростатическую силу взаимного отталкивания двух позитивно заряженных протонов в ядрах и могли слиться. На Солнце такая среда возможна благодаря огромной массе и силе тяжести, которая невероятно повышает давление и температуру. На Земле таких условий попросту нет. К слову... и хорошо.

Такие температуры не может выдержать ни одно доступное вещество, чтобы удержать плазму во время синтеза. Поэтому в классическом реакторе кольцо из плазмы в форме бублика помещают в очень сильное магнитное поле внутри Токамака — реактора вокруг этого "бублика". Плазма висит в магнитном поле и не касается стенок реактора. В таком реакторе задача — постоянно держать такой "бублик" ядерного синтеза в поле реактора. Пока удалось стабилизировать такую плазму в течение нескольких секунд. А дальше энергию от синтеза планируется направлять на подогрев воды и раскрутку турбин, которые вырабатывают электричество, как это происходит на обычной атомной станции.

Вопросом ядерного синтеза ученые занимаются еще с 1930-х годов, но из-за отсутствия технологий было очень сложно двигаться дальше теории. На сегодня в мире существует уже несколько Токамаков для исследования ядерного синтеза — в основном спонсируемых государством. Также, благодаря развитию технологий и невероятно выгодным перспективам, за последнее десятилетие появилось около 30-ти стартапов, которых финансируют частные инвесторы. Причем частного финансирования уже намного больше, чем государственного.

Весь процесс ядерного синтеза понятен и был неоднократно воспроизведен, но пока пока удается поддержать стабильность плазмы в токамаке в течение всего нескольких секунд. Также, для применения его на практике необходимо, чтобы произведенная энергия была дешевле затрат на ее производство и реакторы можно было строить в промышленных масштабах. Как раз над этими вопросами сейчас все и бьются.

Helion

Больше всего меня впечатляет стартап Helion Energy, основанный в 2013-м году, который разработал собственную модель реактора и процесс получения энергии.

Вместо одного большого "бублика" плазмы, который необходимо поддерживать долгое время в стабильном состоянии, реактор компании Helion производит импульсы ядерного синтеза — разгоняет магнитным полем до 1,6 млн км/ч навстречу друг другу и сталкивает два небольших "бублика" плазмы, сильно сжимая их магнитным полем при столкновении в центре, что позволяет достигнуть необходимых 100 млн градусов. То есть компания решила проблему долгого поддержания плазмы в стабильном состоянии, просто отказавшись от этой концепции. Реактор производит короткие импульсы ядерного синтеза. На сегодня реактор делает 1 импульс каждые 10 секунд. Цель — добиться 1-го импульса в секунду. Процесс легко контролировать т.к. все зависит от создания импульсов ядерного синтеза. Их можно делать реже, чаще или совсем остановить.

Причем было решено уйти от пара с турбинами и вырабатывать электричество напрямую через магнитные катушки реактора, которые сжимают плазму. Во время ядерного синтеза энергия плазмы поднимается настолько, что ее огромное электромагнитное поле "давит" обратно на катушки и по закону Фарадея индуцирует в них электричество. Что-то наподобие регенерации электричества в электромобилях при торможении. Кроме того, что это более эффективный процесс, это позволило убрать из реактора огромное количество деталей, сделав его совсем небольшого размера — всего около 12-ти метров.

В качестве топлива компания использует изотоп водорода дейтерий и гелий-3, который также сама производит через синтез ядер того же дейтерия. То есть из водорода.

В Helion уже целый год в вакууме работает 6-й прототип реактора, в котором прошло более 10 тыс циклов ядерного синтеза. Сейчас строится 7-й реактор, который также позволит производить гелий-3 в достаточных объемах. Последний раунд Е финансирования компании — $500 млн. Helion планирует добиться стоимости в 1 цент за 1 киловатт, создаваемой электроэнергии.

Если бы я был инженером, обязательно попробовал бы попасть на работу в компанию. Там, к слову, хватает вакансий. Это самые передовые рубежи науки и техники. Если — или даже когда — компания построит первый коммерческий реактор, это поменяет абсолютно весь энергетический рынок Земли.

...А людоедам, которые шантажируют страны углеводородами, не останется ничего, кроме вымирания.