Текст уведомления здесь

Синтезировать солнце

Увидит ли мир работающий термоядерный реактор через несколько лет и как он будет выглядеть

Промышленный термоядерный синтез получил славу «вечно грядущей» технологии, которая всегда в разработке, всегда где-то там, в полувеке от нас. Впрочем, в последнее время сроки сократились: промышленных реакторов по-прежнему нет, но многие проекты обещают продемонстрировать работающие прототипы в ближайшие несколько лет. Если, конечно, все пойдет по плану.
Добавить в закладки
Комментарии

«Lockheed Martin начала разработку компактного термоядерного реактора… На сайте фирмы говорится о постройке первого опытного образца уже через год. Если это окажется правдой, через год мы будем жить в совершенно ином мире», — это начало одной из статей «Чердака». Со времени ее публикации прошло три года, и мир с тех пор не так уж сильно изменился.

Сегодня в реакторах атомных электростанций энергия вырабатывается за счет распада тяжелых ядер. В термоядерных же реакторах энергия получается в ходе процесса слияния ядер, при котором образуются ядра меньшей массы, чем сумма исходных, а «остаток» уходит в виде энергии. Отходы ядерных реакторов радиоактивны, их безопасное захоронение — это большая головная боль. Термоядерные реакторы такого недостатка лишены, а также используют широко доступное топливо, такое как водород.

У них есть только одна большая проблема — промышленных образцов еще не существует. Задача непростая: для термоядерных реакций нужно сжать топливо и нагреть до сотен миллионов градусов — горячее, чем на поверхности Солнца (где термоядерные реакции происходят естественным путем). Достичь такой высокой температуры сложно, но можно, только вот потребляет такой реактор энергии больше, чем вырабатывает.

Однако потенциальных достоинств у них все равно так много, что разработкой занимается, конечно же, не только Lockheed Martin.

ITER

ITER — cамый крупный проект в этой области. В нем участвуют Евросоюз, Индия, Китай, Корея, Россия, США и Япония, а сам реактор строится на территории Франции с 2007 года, хотя его история уходит намного глубже в прошлое: о его создании договаривались еще Рейган с Горбачевым в 1985-м. Реактор представляет собой тороидальную камеру, «бублик», в которой плазму удерживают магнитные поля, потому и называется токамак — тороидальная камера с магнитными катушками. Энергию реактор будет вырабатывать за счет слияния изотопов водорода — дейтерия и трития.

Планируется, что ITER будет получать энергии в 10 раз больше, чем потреблять, однако будет это не скоро. Изначально планировалось, что в экспериментальном режиме реактор начнет работать в 2020 году, однако затем этот срок перенесли на 2025-й. При этом промышленное производство энергии начнется не раньше 2060 года, а уж ждать распространения этой технологии можно только где-то в конце XXI века.

Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X — крупнейший термоядерный реактор типа стелларатор. Стелларатор решает проблему, которая преследует токамаки, — «расползание» плазмы из центра тора к его стенкам. То, с чем токамак пытается справиться за счет мощи магнитного поля, стелларатор решает за счет своей сложной формы: удерживающее плазму магнитное поле изгибается, чтобы пресечь поползновения заряженных частиц.

Схема Wendelstein 7-X, желтое — плазма, синее — магниты. Иллюстрация: Max-Planck Institut für Plasmaphysik

Схема Wendelstein 7-X, желтое — плазма, синее — магниты. Иллюстрация: Max-Planck Institut für Plasmaphysik

Wendelstein 7-X, как надеются его создатели, в 21-м году сможет проработать полчаса, что даст «билет в жизнь» идее термоядерных станций подобной конструкции.

National Ignition Facility

Еще один тип реакторов использует для сжатия и разогрева топлива мощные лазеры. Увы, крупнейшая лазерная установка для получения термоядерной энергии, американская NIF, не смогла выдать энергии больше, чем потребляет.

Предусилители установки National Ignition Facility. Фото: Lawrence Livermore National Laboratory

Предусилители установки National Ignition Facility. Фото: Lawrence Livermore National Laboratory

Более того, исследование, проведенное министерством энергетики США, мягко рекомендует задаваться не вопросом, «когда же у NIF это все-таки получится», а «возможно ли в принципе получить термоядерную энергию таким образом». Проще говоря, новостей от этого проекта можно уже не ждать.

Термоядерные стартапы

Частные компании экспериментируют с другими конструкциями реакторов и типами топлива, привлекают частных инвесторов вместо государственных миллиардов и обещают показать работающие прототипы в ближайшие годы.

TAE Technologies существуют с 1998 года и регулярно публикуются в научных журналах. Их технология термоядерного синтеза основана на слиянии ядер водорода и бора, она позволяет уменьшить потери энергии с потоком нейтронов, однако требует более высокой температуры для протекания реакции, чем другие технологии, — 3 миллиарда градусов Цельсия. Достичь и удержать нужную температуру — это и есть задача, над которой сейчас работают TAE Technologies.

Одним из инвесторов компании, по утверждению Forbes, является РОСНАНО, что подтверждает список совета директоров компании, в который входит Анатолий Чубайс. Кроме того, в TAE Technologies вложились Пол Аллен, соучредитель Miscrosoft, и банк Goldman Sachs. С 2014 года TAE Technologies сотрудничает с Google: в подборе параметров для экспериментов физикам помогает искусственный интеллект.

TAE Technologies надеются сделать прототип реактора в 2020-х годах. Канадская компания General Fusion называет похожие сроки: она обещает, что прототип реактора заработает уже через 3−5 лет. Для их технологии термоядерного синтеза не нужны дорогостоящие сверхпроводящие магниты, без которых не были бы возможны токамаки и стеллараторы или мощные лазеры, как в проекте National Ignition Facility.

В реакторе General Fusion жидкий металл разгоняется и закручивается в сферической камере. В образовавшуюся воронку с обоих концов впрыскивается дейтерий-тритиевая плазма. Посредине ее удерживает магнитное поле, а 200 пневматических поршней пускают по расплавленному металлу акустические волны, которые схлопывают воронку. Из-за сжатия плазма нагревается до 150 миллионов градусов, что запускает термоядерную реакцию.

Один из инвесторов General Fusion — Джефф Безос, основатель интернет-магазина Amazon и аэрокосмической компании Blue Origin.

Среди других частных компаний можно отметить Helion Energy: она обещает рабочий прототип термоядерного реактора через шесть лет.

Реактор в гараже

Наконец, в новостях то и дело можно услышать что-нибудь вроде: «Школьник собрал термоядерный реактор в 13 лет!» или «Любители сделали термоядерный реактор в гараже» и подобные. В таких случаях речь идет о фузорах Фарнсуорта-Хирша. Топливо в фузоре ионизируется напряжением между двух металлических сеток в вакуумной камере, положительно заряженные ионы ускоряются, и при их столкновении в центре камеры между ними может проходить реакция термоядерного синтеза.

«Термоядерный реактор своими руками» — звучит круто, но в плане производства энергии толку от фузоров нет, хотя в практическом смысле они могут использоваться как источники нейтронов.

Какие из всех этих проектов действительно «взлетят», а кого постигнет участь NIF, предсказать сложно. Остается ждать, надеяться и следить за новостями: 2020-е обещают стать интересным временем для ядерной энергетики.

«Ядерные технологии» — один из профилей Олимпиады НТИ для школьников.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Мечта о Железном человеке

Экзоскелеты: от простейших протезов до суперсложной брони и обратно

История экзоскелетов напоминает путь от попыток создать «усилитель человека», с которым люди могли бы поднимать тяжести, до доспехов, которые превращают человека в супермена и управляются силой мысли. А потом все вновь возвращается к первоначальной идее. «Чердак» вспоминает о том, как эта история развивалась.
Добавить в закладки
Комментарии

В 1963 году компания Marvel выпустила первый комикс с Железным человеком.

Его высокотехнологичная версия воинских доспехов стала, наверное, самым известным экзоскелетом, а суперспособности Тони Старка не дают покоя изобретателям. Например, британцу Ричарду Браунингу, который основал стартап Gravity Industries. Недавно он попал в Книгу рекордов Гиннеса, развив максимальную скорость 51,53 км/ч в созданном им костюме с реактивными двигателями.

Читать полностью

Легкое дыхание

Как дела у таксы, которая дышит под водой

19 декабря вице-премьеру правительства России Дмитрию Рогозину и президенту Сербии Александру Вучичу сотрудники Фонда перспективных исследований продемонстрировали таксу, якобы дышащую под водой. Кадры, на которых человек в халате заталкивает зверька в резервуар с водой, не оставили равнодушным никого из зрителей, включая и Дмитрия Рогозина, уже пообещавшего забрать таксу себе. Корреспондент «Чердака» побывал на встрече с заведующим лабораторией по созданию технологии жидкостного дыхания Антоном Тоньшиным. Был на ней и сам испытуемый, пес по кличке Николас.
Добавить в закладки
Комментарии

Холодно, темно. Парк в районе стадиона «Динамо», за ним — корпус какого-то исследовательского центра. Не здание ФГБНУ НИИ медицины и труда, сотрудники которого вместе с Фондом перспективных технологий (ФПИ) работают над созданием технологии жидкостного дыхания. Собравшимся тут журналистам неизвестно, почему рассказать СМИ про жидкостное дыхание решили здесь. Может быть, тут лаборатории лучше оснащены?

Охранник на проходной злится и оправдывается, что сам не знает, по какому случаю и кто собрал тут эту «демонстрацию». Впрочем, если оглядеться, то вот и ответ: с постамента во дворе на камеры строго смотрит собака Лайка.

И вот минута в минуту во двор заезжает машина, и появляется герой пресс-конференции — его несут на руках.

Фото: Михаил Терещенко/ТАСС
Фото: Михаил Терещенко/ТАСС

[ ... ]
Читать полностью

Сделай сам — ты в XXI веке

Что такое фаблаб и что в нем можно сделать

Фаблабы (от fabrication laboratory) — лаборатории цифрового производства — появились в Массачусетском технологическом институте, где директор Центра частиц и атомов Нил Гершенфельд придумал пустить людей без технического образования в мастерскую с современными станками и посмотреть, что они сделают. Сейчас фаблабы есть по всему миру. Несколько лет назад они пришли и в Россию, где наиболее крупные из них — «Фаблаб Политех» и лаборатория при МИСиС. «Чердак» поговорил с сотрудником питерского фаблаба Константином Томилиным о том, что можно делать в такой лаборатории.
Добавить в закладки
Комментарии

 — Чем фаблаб отличается от условной мастерской у дедушки в гараже?

— Идея фаблабов действительно отчасти пошла от таких «дедушкиных гаражей». Однако чтобы называться фаблабом, лаборатории необходимо установить определенное достаточно дорогое оборудование, например фрезерные ЧПУ-станки и 3D-принтеры.

3D-принтер. Фото: «Фаблаб Политех»
3D-принтер. Фото: «Фаблаб Политех»

Такое оборудование открывает совершенно новые возможности для промышленного дизайна. Условно говоря, чтобы уменьшить вес крыла самолета, можно делать его из облегченного алюминия, а можно напечатать на 3D-принтере из пластика и углеродного волокна крыло, которое благодаря необычным внутренней структуре и форме будет таким же прочным, как и алюминиевое, только легче и дешевле. [ ... ]

Читать полностью