Исследователи в США могут подчинить термоядерный синтез для получения энергии

Догнать и перегнать ИТЭР

Исследователи в США могут подчинить термоядерный синтез для получения энергии

Американские ученые заявили о прорыве в термоядерной энергетике

ТЕКСТ: Григорий Колпаков

ФОТО: theinnovationdiaries.com

Американские ученые заявили, что могут в ближайшие годы подчинить термоядерный синтез для получения энергии, одним махом опередив огромный коллектив Международного термоядерного реактора во Франции, которому на строительство такой установки требуются годы и миллионы.

Согласно статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, исследователи Национальной лаборатории Сандия(США) провели подготовительные эксперименты и на их основе планируют в течение ближайших нескольких лет осуществить управляемую термоядерную реакцию с положительным или в худшем случае с нулевым выходом энергии, опередив в этом строящийся сейчас во Франции Международный термоядерный реактор ИТЭР(ITER).

Концепция магнитного удержания и сжатия плазмы коренным образом отличается от концепции токамака, реализуемого в ИТЭР, хотя цель остается той же – преодолеть так называемый критерий Лоусона, разогрев дейтерий-тритиевую смесь до температур порядка ста миллионов градусов и сжав ее до давлений, позволяющих ионам дейтерия и трития слиться в один, более тяжелый ион гелия.

При преодолении этого критерия ставшие лишними нейтроны станут нести больше энергии, чем затрачено на их получение, и сделают термоядерную реакцию самоподдерживающейся.

Разработанная в Сандии концепция получила название MagLIF(Magnetized Liner Inertial Fusion). Она основана на использовании так называемых лайнеров – наполненных газовой смесью трубок, через которые после предварительного лазерного нагрева пропускаются токи порядка десятков миллионов ампер; возникшее при этом магнитное поле сжимает эти трубки и находящийся в них газ до нужных давлений. По расчетам, 60 миллионов ампер должно хватить на то, чтобы превысить вложенную энергию более чем в тысячу раз.

Эта концепция, которую называют новой, на самом деле очень похожа на одну из 104 концепций термоядерного синтеза, наработанных с 50-х годов прошлого века, в том числе и в СССР,

однако множество проблем, стоящих перед созданием такой установки, не позволило с ее помощью даже приблизиться к получению термояда. Теперь многие проблемы остались позади: Сандия располагает устройством под названием Z-машина, способным развивать нужные токи, и до сих пор единственным препятствием оставалась проблема нестабильности стенок лайнера – гигантский ток либо сжигал их прежде, чем они начинали схлопываться, либо они были такими толстыми, что не могли сжимать газ до нужных давлений.

Прорыв, совершенный в лаборатории Сандия, заключается в том, что ее исследователи нашли нужное соотношение параметров, при которых трубка не разрушается, но сжимает газ так, как надо. Это действительно прорыв, и похоже на то, что исследователям из Сандии удастся опередить ИТЭР в получении самоподдерживающейся термоядерной реакции. Есть, правда, несколько«но».

Первое и самое главное из них вытекает из того, что в свое время было названо гонкой термоядерных концепций.

Это было похоже на скачки, где 104 лошади мчались к финишной ленточке, под названием«управляемая термоядерная реакция».

Особенностью этой гонки было то, что лошадям, вырвавшимся вперед, предоставлялись преимущества в виде дополнительных финансовых инвестиций, которые, естественно, отнимались у остальных – поэтому первые все больше убегали вперед, а последние отставали все больше. Так, советский токамак обогнал американский стелларатор не потому, что он лучше, а потому, что он проще: он представляет собой обыкновенный тороид, а стелларатор похож на спиральную трубу, свернутую в кольцо, поэтому физика токамака была доступнее и его было легче разрабатывать. Концепция с лайнером, разумеется, может оказаться той темной лошадкой, которая всех перегонит, но с экономической точки зрения вряд ли можно ожидать, что мир, столько денег вложивший в токамаки, вдруг переключится на лайнеры. Это так же сложно, как переделать российские железнодорожные рельсы на европейскую ширину или двухтактную основу всех вычислительных устройств мира(ноль-единица) перевести на трехтактную, даже если она и лучше.

И еще одно«но»: возможно, в более чем полувековой истории термояда физики с самого начала поставили перед собой не ту цель, которую было нужно.

Возможно, с самого начала главной целью должно было быть не получение управляемой термоядерной реакции, а создание термоядерной электростанции, прототип которой наконец-то создается сейчас в виде ИТЭР. Получить управляемую термоядерную реакцию очень сложно, но можно. Надо только будет понять, что с ней делать.

Ученые утверждают, что в следующем году установка MagLIF будет окончательно завершена и можно будет приступить к решающим экспериментам. Сначала система будет проверена на чистом дейтерии, который к самоподдерживающейся термоядерной реакции теоретически не приводит, а потом к нему будет добавлен тритий. Наносекундные импульсы тока необходимой амплитуды будет генерировать уже созданная в Сандии установка Z-machine, работающая на уровнях 20 мегаампер. Это, конечно, не 60 мегаампер, но и таких импульсов, по расчетам, будет достаточно, чтобы получить термоядерную реакцию с энергией испускаемых нейтронов равной или превышающей затраты на их получение.