Yra žinomas vienas anekdotas: branduolių sintezė įvyks po dvidešimties metų. Visada bus po dvidešimties metų. Šis pokštas, kuris dabar nebejuokingas, išaugo iš mokslininkų, kurie šeštajame dešimtmetyje (ir kiekviename vėlesniame dešimtmetyje) manė, kad branduolių sintezė įvyko tik po 20 metų, optimizmo. Dabar šį anekdotą rimtai įvertino startuoliai - MIT (Masačusetso technologijos institutas) - labai gerbiamos ir garsios institucijos - „Commonwealth Fusion Technologies“- gimtoji. Paleidimas žada paleisti veikiantį branduolių sintezės reaktorių per 15 metų. Pažadama pigios, švarios ir neribotos energijos, kuri išspręs visas iškastinio kuro ir klimato pokyčių krizes. Jie sako: „galimas neišsenkantis ir anglies neturintis energijos šaltinis“.
Vienintelė problema: mes jau daug kartų apie tai girdėjome. Kuo šįkart skiriasi?
- „Salik.biz“
Kita garsioji klišė susijusi su sintezės energija. Idėja paprasta: jūs įdėjote saulę į butelį. Lieka tik pastatyti butelį. Lydymosi energija suteikia galią žvaigždėms, tačiau tam, kad plazma veiktų, reikia neįtikėtinai karštų ir tankių sąlygų.
Milžiniškas energijos kiekis gali būti išleidžiamas, kai susilieja du lengvieji branduoliai: deuterio ir tričio sintezė, kuri vykdoma kaip ITER eksperimento dalis, skleidžia 17,6 MeV vienai reakcijai, milijonui kartų daugiau energijos molekulėje, nei jūs gaunate iš TNT sprogimo. Bet norint išlaisvinti šią energiją, reikia įveikti galingą elektrostatinį atstūmimą tarp branduolių, kurie abu yra teigiamai įkrauti. Dėl stiprios sąveikos nedideliais atstumais vyksta susiliejimas, kuris išskiria visą šią energiją, tačiau branduoliai turi būti priartinti prie femtometrų. Žvaigždėse tai vyksta savaime dėl didžiulio gravitacinio slėgio medžiagai, tačiau Žemėje tai padaryti yra sunkiau.
Pirmiausia turite pabandyti surasti medžiagų, kurios išliks veikiamos šimtų milijonų laipsnių Celsijaus temperatūros.
Plazmą sudaro įkrautos dalelės; materija ir elektronai nuplaunami. Jį gali laikyti magnetinis laukas, sulankstantis plazmą į apskritimą. Manipuliacijos su magnetiniu lauku taip pat leidžia šią plazmą suspausti. Šeštajame ir septintajame dešimtmečiuose atsirado visa karta prietaisų su egzotiškais pavadinimais: „Stellarator“, „Perhapsatron“, „Z-Pinch“, kurie tam buvo sukurti. Bet plazma, kurią jie bandė laikyti, buvo nestabili. Pati plazma sukuria elektromagnetinius laukus, ją galima apibūdinti labai sudėtinga magnetohidrodinamikos teorija. Nedideli plazmos paviršiaus nukrypimai ar defektai greitai tapo nebevaldomi. Trumpai tariant, įrenginiai neveikė taip, kaip numatyta.
Sovietų Sąjunga sukūrė „tokamak“įrenginį, kuris pasiūlė žymiai patobulintą veikimą. Tuo pačiu metu buvo išrastas lazeris, leidžiantis gauti naują sintezės tipą - sintezę su inerciniu uždarumu.
Tokiu atveju nebereikia laikyti plazmos, degančios magnetiniuose laukuose, ją reikia per trumpą laiką suspausti sprogimo būdu, naudojant lazerius. Bet eksperimentai su inerciniu uždarumu taip pat patyrė nestabilumą. Jie veikia nuo aštuntojo dešimtmečio ir vieną dieną gali pakliūti į priekį, tačiau iki šiol didžiausia Nacionalinė uždegimo laboratorija Livermore, Kalifornijoje, niekada nepasiekė lūžio taško, kur bus pagaminta daugiau energijos nei išeikvota.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Daug vilčių teikia ITER - didžiausias pasaulyje magnetinio sulėtėjimo sintezės tokamakas, kuris vis dar kuriamas.
Projekto kūrėjai tikisi uždegti plazmą per 20 minučių, kad būtų galima generuoti 500 MW galią, kai nominali 50 MW galia. Visiški sintezės eksperimentai planuojami 2035 m., Tačiau dėl JAV, SSRS (tada dar buvusios), Japonijos ir Europos tarptautinio bendradarbiavimo problemos lėmė ilgą vėlavimą ir biudžeto ištempimą. Projektas vėluoja 12 metų ir kainuoja 13 milijardų dolerių. Tai nėra neįprasta atvejai, kai reikia statyti didžiulius įrenginius.
Pagal ITER planą, pirmasis termobranduolinis sintezės reaktorius, veikiantis kaip elektrinė, uždeganti ir palaikanti sintezę, DEMO, turėtų pradėti veikti 2040 ar net 2050 m. Kitaip tariant, branduolių sintezė … bus po dvidešimties metų. Yra tendencija spręsti problemas, susijusias su nestabilumu, statant vis daugiau objektų. ITER bus didesnis nei JET, o DEMO bus didesnis nei ITER.
Bėgant metams, daugelis komandų metė iššūkį tarptautiniam bendradarbiavimui kuriant mažesnius dizainus. Klausimas yra ne greitis, o praktiškumas. Jei iš tikrųjų branduolių sintezės reaktoriaus pastatymas užtruks milijardus dolerių ir dešimtis metų, ar jis apskritai to vertas? Kas mokės už statybas? Galbūt, kol bus pastatytas darbinis tokamakas, saulės baterijų ir naujų akumuliatorių derinys suteiks mums pigesnę energiją nei tokamakas. Kai kurie projektai - net ir liūdnai pagarsėjęs „šaltasis susiliejimas“- pasirodė klaidingi arba neveikiantys.
Kiti nusipelno daugiau dėmesio. Pradėtos kurti naujos branduolių sintezės reaktorių konstrukcijos - arba kai kuriais atvejais pakeistos senesnių bandymų versijos.
„Tri Alpha“tikisi, kad plazmos debesys susidurs struktūroje, primenančioje didžiojo hadronų susidūrėją, ir tada sintetinančią plazmą laikys magnetiniame lauke pakankamai ilgai, kad sugertų ir generuotų energiją. Jie sugebėjo pasiekti reikiamą temperatūrą ir plazmos uždarumą per kelias milisekundės, taip pat surinko daugiau nei 500 mln. USD rizikos kapitalo.
„Lockheed Martin Skunk Works“, žinomas dėl savo slaptų projektų, 2013 m. Paskelbė, kad jie dirba kompaktiškame, 100 MW galios sintezės reaktoriuje, kuris yra reaktyvinio variklio. Tuo metu jie pareiškė, kad prototipas bus paruoštas per penkerius metus. Žinoma, jie neatskleidė dizaino detalių. 2016 m. Buvo patvirtinta, kad projektas gauna finansavimą, tačiau daugelis jau prarado tikėjimą ir įgijo skeptišką požiūrį.
Atsižvelgiant į visą šią gėdą, MIT mokslininkai sprogo į ringą. Bobas Mumgaardas, „Sandraugos branduolio sintezės energijos“generalinis direktorius, sakė: „Mes esame įsipareigoję laiku įsigyti darbo vietą kovai su klimato kaita. Manome, kad projekto mokslas, greitis ir mastelis užtruks penkiolika metų “.
Naujasis MIT projektas laikosi tokamako dizaino, kaip tai buvo daroma praeityje. Manoma, kad „SPARC“įrenginys pagamins 100 MW energijos per 10 sekundžių gimdymo impulsus. Iš impulsų energiją jau buvo galima gauti anksčiau, tačiau lūžio taškas yra tai, kas iš tikrųjų traukia mokslininkus.
Ypatingas padažas šiuo atveju yra nauji aukštos temperatūros superlaidūs magnetai, pagaminti iš itrio-bario-vario oksido. Atsižvelgiant į tai, kad HTSM gali sukurti galingesnius magnetinius laukus toje pačioje temperatūroje kaip ir įprasti magnetai, gali būti įmanoma suspausti plazmą mažesne įvesties galia, mažesne magnetine priemone ir pasiekti sintezės sąlygas įrenginyje, kuris yra 65 kartus mažesnis nei ITER. Bet kokiu atveju toks yra planas. Jie tikisi per artimiausius trejus metus sukurti superlaidžius magnetus.
Mokslininkai nusiteikę optimistiškai: „Mūsų strategija yra naudoti konservatyvią fiziką, pagrįstą dešimtmečiais trunkančiu darbu MIT ir kitur“, - sakė Martinas Greenwald, MIT plazmos mokslo ir sintezės centro direktorius. "Jei SPARC pasieks numatytą našumą, mano instinktas diktuoja, kad jį galima padidinti iki tikros elektrinės."
Yra daugybė kitų projektų ir startuolių, kurie taip pat žada apeiti visų rūšių tokamakus ir tarptautinio bendradarbiavimo biudžetus. Sunku pasakyti, ar kuris nors iš jų ras slaptą sintezės sudedamąją dalį, ar laimės ITER, kurio svarba mokslo bendruomenėje ir šalių palaikymas bus naudingas. Vis dar sunku pasakyti, kada ir ar sintezė taps geriausiu energijos šaltiniu. Sintezė sudėtinga. Tai rodo istorija.
Ilja Khel