Концепт Нефть не нужна: Как термоядерный реактор попадёт в грузовик
Всё, что нужно знать об энергетике завтрашнего дня
Текст
Олег Акбаров
Текст
Николай Удинцев
Вчера американская компания Lockheed Martin объявила, что намеревается создать портативный термоядерный реактор. Согласно пресс-релизу, им удалось достичь значительного прогресса в решении неустранимых до настоящего времени проблем, и первый полностью функциональный прототип появится уже в 2019 году. В мире, где колебания цен на энергоносители имеют такое значение, появление такой технологии может глобально изменить не только экологический, но и экономический, и политический ландшафт. Look At Me разобрался в истории проблемы, а также выяснил подробнее, кто такие Lockheed Martin и что они готовят.
Как работает термоядерная реакция
Существующие сейчас ядерные реакторы используют распад ядер атомов сверхтяжёлых элементов, в результате которого образуются более легкие и высвобождается энергия. При термоядерной реакции ядра атомов более лёгких элементов объединяются в более тяжёлые за счёт кинетической энергии теплового движения. Например, по тому же принципу работает Солнце и другие звезды.
Для достижения этого эффекта необходимо, чтобы ядра, преодолев кулоновский барьер, сблизились на расстояние, близкое размеру самих ядер и много меньше размера атома. В таких условиях ядра больше не могут отталкиваться друг от друга, поэтому вынуждены объединиться в более тяжёлый элемент. А при их объединении выделяется значительное количество энергии сильного взаимодействия. Она и является продуктом работы реактора.
Что хотят сделать
в Lockheed Martin
Компания Lockheed Martin на протяжении десятилетий является основным поставщиком Пентагона. На её счету разработка самолёта-разведчика U-2, истребителей F-117 Nighthawk, F-22 Raptor и ещё 22 самолётов. Однако в последние годы количество военных контрактов компании, которая около 90 % своих доходов получает от министерства обороны США, начало снижаться. Поэтому в Lockheed Martin заинтересовались альтернативной энергетикой.
→ Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development
В данный момент управляемую термоядерную реакцию проводят в токамаках или стеллараторах. Это установки в форме тора, которые удерживают высокотемпературную плазму (температура выше миллиона кельвинов) внутри с помощью мощного электромагнита. Проблема такого подхода заключается в том, что на данном этапе получаемая энергия практически равна затрачиваемой на поддержание работы установки.
Главное отличие концепта команды Lockheed Martin от токамака в том, что плазма удерживается другим способом: вместо камер в форме тора используется набор сверхпроводящих катушек. Они создают другую геометрию магнитного поля, которая удерживает всю камеру, где проходит реакция. И чем больше давление плазмы, тем сильнее магнитное поле будет её удерживать.
«Наша технология компактного термоядерного реактора совмещает несколько подходов к проблеме магнитного удержания плазмы и предполагает уменьшение прототипа реактора на 90 % по сравнению с более ранними концептами», — Томас Макгуайр, руководитель подразделения Skunk Works Revolutionaly Technology Programs (является частью Lockheed Martin).
По словам самого Макгуайра, защитившего свою дипломную работу в Массачусетском технологическом институте на тему термоядерного синтеза, он «по сути, соединил разные концепты в единый прототип, восполнив пробелы каждого достоинствами другого». В итоге получился принципиально новый продукт, которым и занимается его команда в Lockheed Martin.
Портативному реактору нужно около 20 кг термоядерного топлива
→ Традиционные реакторы занимают целые полигоны и обслуживаются сотнями специалистов
Несмотря на то что реактор предполагается построить такого размера, чтобы он уместился в прицеп грузовика, его мощности должно хватить на обеспечение энергией маленького города или 80 тысяч домов. Он будет превращать дешевый и экологичный водород (дейтерий и тритий) в гелий. При этом в год портативному реактору нужно около 20 кг термоядерного топлива. Объём его отходов, по словам представителей Lockheed Martin, будет намного меньше отходов от работы, например, угольной электростанции.
Компания хочет построить опытную модель портативного термоядерного реактора к 2016 году, первые прототипы мощностью 100 МВт — к 2019 году, а рабочие модели — к 2024 году. Повсеместное распространение устройств планируется к 2045 году.
Что даст человечеству управляемый термояд
Экологически
чистая энергия
Термоядерная реакция проходит намного безопаснее ядерной. Например, практически невозможным считается выход термоядерной реакции из-под контроля. Если же в реакторе случится авария, то ущерб для окружающей среды будет в разы меньше, чем при аварии на ядерном реакторе. Стоит отметить, что существующие реакции с участием дейтерия и трития всё же выделяют достаточное количество радиоактивных отходов, однако у них короткий период полураспада. При этом перспективные реакции с применением дейтерия и гелия-3 будут проходить почти без их образования.
Полёты
по Солнечной системе
Установка Lockheed Martin — прообраз термоядерного ракетного двигателя (ТЯРД). Такой можно установить на космический корабль для освоения Солнечной системы и ближайшего к Земле космического пространства. Считается, что ТЯРД сможет развивать скорость в 10 % от скорости света ( примерно 30 тысяч км/с ). В теории эффективность такого двигателя ( его удельный импульс ) минимум в 20 раз ( а максимум — в 9 тысяч раз ) превзойдёт эффективность существующих ракетных двигателей.
Практически бесконечный
источник энергии
Поскольку для работы термоядерного реактора нужен водород, топливо для него можно добывать из любой воды. В перспективе вместо трития будут использовать гелий-3, которого достаточно много в земной атмосфере и ещё больше (сотни тысяч тонн) на Луне. Со временем (и при достаточном распространении термоядерной энергетики) компании могут сократить добычу полезных ископаемых для их сжигания на существующих электростанциях.
Комментарии
Подписаться