ИндустрияКто готов совершить революцию в энергетике

Управляемый термоядерный синтез — возможное решение всех энергетических проблем человечества. Это процесс, который происходит внутри звёзд, и если нам удастся его скопировать, то мы сможем эффективно получать большое количество чистой и безопасной энергии. Правительственные инициативы по разработке термоядерного реактора не приносят желаемых результатов, и вся надежда сегодня на частные компании. Look At Me рассказывает, кто именно занимается термоядерным синтезом.

самый распространённый теоретический вариант получения термоядерной энергии:

 Нужно взять два атома изотопа водорода — дейтерия, у которого есть один нейтрон и один атом трития, с двумя нейтронами.

 C достаточным количеством тепла и давления эти атомы можно заставить соединиться и получить из них изотоп гелия.

 При этом один нейтрон оказывается лишним; он отделяется, и выделяется тепло.

 Если использовать это тепло, его хватит для работы реактора, от которого вообще не будет радиоактивных отходов.

В традиционных ядерных реакторах используется реакция распада: в ходе
неё из тяжёлых атомов получаются более лёгкие — и выделяется энергия.
Но это неэффективный и небезопасный способ получения энергии, приводящий
к радиоактивным отходам. Термоядерный синтез работает иначе: внутри очень горячего газа в состоянии плазмы (это температура в миллионы кельвинов) сталкивают два атома, чтобы они соединились, — подобно процессу, идущему внутри Солнца.

Сложно переоценить важность термоядерного реактора. Это лучший теоретический источник энергии, доступный человечеству в обозримом будущем: он безопаснее традиционного ядерного реактора, потенциально намного эффективнее солнечных и ветряных электростанций и, в отличие от газа и нефти, не будет загрязнять атмосферу и выделять парниковый газ.

Считается, что из одного грамма дейтериевого топлива можно получить энергию, эквивалентную 10 тоннам угля. Этого хватит, чтобы обеспечить энергией один дом на целый год.

Звучит просто, да? На самом деле не очень. Существование термоядерного синтеза открыли ещё в 50-х годах, но за 60 лет попыток никто не смог добиться того, чтобы термоядерный реактор создавал больше энергии, чем он потребляет. В основном в исследование термоядерной энергии вкладывались правительственные организации, и они начинают терять к нему интерес. Большинство программ не дают желаемых результатов.

Например, самый известный проект — это ITER, строящийся во Франции реактор, в создании которого участвуют правительства США, Южной Кореи, России, Японии, Индии, Китая и Евросоюза. ITER — это реактор токамак, установка в форме тора, то есть огромного пончика. ITER отстаёт от своего запланированного расписания на несколько лет, а первоначальные расчёты стоимости проекта выросли в три раза и сейчас достигли $20 млрд.

Вся надежда — на частные компании и стартапы. У них не так много денег, не такие масштабные планы, но сразу несколько компаний обещают сделать ядерный синтез возможным.

Lockheed Martin

lockheedmartin.com

Год основания: 1995

Инвесторы: нет

Подход к термоядерному синтезу: катушки магнитного поля вместо тора

Планы: первый прототип к 2019 году

Самая большая частная компания, работающая с термоядерным синтезом, — это Lockheed Martin, производящая военные самолёты для армии США. В конце прошлого года Lockheed Martin заявила, что собирается создать прототип термоядерного реактора к 2019 году, — и не просто термоядерного реактора, а портативного, размером с грузовик. Для удержания горячего газа, то есть плазмы, реактор Lockheed Martin будет использовать магнитное поле: оно создаётся с помощью набора сверхпроводящих катушек. Несмотря на громкие заявления, компания опубликовала очень мало информации о своём реакторе: несколько изображений, диаграмм и небольшой комментарий, из-за чего сразу столкнулась со скепсисом учёных. Многие считают, что реактор Lockheed Martin противоречит простейшим законам физики магнитного поля. Есть и другие претензии — от того, что реактор Lockheed Martin не будет эффективным с точки зрения потребления энергии, до того, что никакой сверхпроводник не выдержит температуры, которая будет создаваться внутри реактора.

Helion Energy

helionenergy.com

Год основания: 2013

Инвесторы: Y Combinator

Подход к термоядерному синтезу: магнитно-инерционный синтез

Планы: первый прототип к 2019 году

Обожаемый в Кремниевой долине и находящийся в штате Вашингтон стартап, основанный в 2013 году. Helion подходит к термоядерному синтезу иначе: вместо того чтобы поместить атомы в плазму, они хотят столкнуть два шара плазмы (так называемые плазмоиды) друг с другом на высокой скорости, чтобы добиться за миллисекунду реакции в 100 млн °C. В этом году Helion создала четвёртый (всё ещё неэффективный) прототип своего реактора. Они называются как напитки в Starbucks: предыдущий был «Толл», нынешний — «Гранде», и он способен создать реакцию в 50 млн °C. Сейчас команда Helion, в которую входят семеро учёных, работает над последним прототипом, «Венти», который сгенерирует необходимые 100 млн градусов. Две недели назад Helion Energy получили инвестиций на $10,6 млн.

Год основания: 1998

Инвесторы: сооснователь Microsoft
Пол Аллен, Анатолий Чубайс

Подход к термоядерному синтезу: магнитно-инерционный синтез

Планы: неизвестно

Таинственная компания, о которой известно очень мало. Она находится в Калифорнии, но остальное тщательно скрывается: у Tri Alpha Energy нет сайта, они не подходят к телефону и работают незаметно, не сообщая публично о прогрессе в своих исследованиях и не говоря о своих планах. Тем не менее Tri Alpha Energy зарегистрировала несколько патентов и пользуется популярностью среди богатых инвесторов: они собрали около $140 млн, в том числе от сооснователя Microsoft Пола Аллена и «Роснано» (Анатолий Чубайс даже входит в совет директоров Tri Alpha). Из доступной информации можно сделать вывод, что подход Tri Alpha к синтезу похож на подход Helion Energy: это столкновение плазмоидов. Но нет ничего указывающего на то, что Tri Alpha как-то обгоняет конкурентов.

General Fusion

generalfusion.com

Год основания: 2002

Инвесторы: основатель Amazon
Джефф Безос

Подход к термоядерному синтезу: магнитно-инерционный синтез

Планы: коммерческий реактор
к 2020 году

Из всех частных компаний, работающих над термоядерным синтезом, самая публичная — это канадцы General Fusion. Её сотрудники подробно объясняют, как будет работать их реактор, а их исследования даже проверяли другие учёные. General Fusion работает над вариацией магнитно-инерционного синтеза. Их реактор выглядит так: это сфера, наполненная жидким металлом, который закручен в водоворот. В металл запускается плазма, а потом по сфере начинают долбить гигантские паровые молоты. Молоты создают акустическую волну внутри сферы, которая создаёт очень высокое давление. Происходит термоядерное реакция — и выделяется тепло. Энергия, вырабатываемая реактором General Fusion, должна быть дешевле угля.