La conferința Google Solve for X din februarie, un fost angajat al Lockheed Martin a făcut un anunț surpriză. El a anunțat că echipa de oameni de știință sub conducerea sa este aproape de a rezolva eficient una dintre cele mai dificile probleme ale fizicii moderne - lansarea și menținerea unei reacții de fuziune termonucleară controlată (CNF). Mai mult decât atât, echipa de cercetare intenționează să construiască un prototip de reactor compact de 100 MW până în 2017 - urmăriți videoclipul.

Prezentarea a fost făcută de Charles Chase, care a lucrat ca inginer și șef de departament în departamentul de dezvoltare avansată al Lockheed Martin. Biroul secret se numește oficial divizia Advanced Development Project. În lume, este mai cunoscut sub numele ciudat Skunk works, pe care l-a primit în anii șaizeci din cauza pasiunii angajaților pentru un comic plin de umor despre rețeta secretă de moonshine de la sconcs. Biroul a primit chiar și o emblemă corespunzătoare, care poate fi văzută pe toate slide-urile.

În ciuda numelui jucăuș, în pereții biroului au fost dezvoltate proiecte foarte serioase. Printre acestea se numără aeronava strategică supersonică de recunoaștere SR-71 Blackbird, aeronava de lovitură tactică F-117 Night Hawk, UAV-ul RQ-170 Sentinel, alte o duzină de aeronave stealth și nava Sea Shadow.

Charles Chase a absolvit Universitatea din California din Berkeley. A absolvit Facultatea de Electronică și Informatică în 1985 și a lucrat pentru Lockheed Martin din 1986 până în 2004. În prezent, este co-fondator al companiei private CBH Technologies, dar în timpul prezentării, el și evoluțiile pe care le-a sunat au continuat să fie identificate cu Lockheed Martin.

Potrivit lui Charles, încercând să rezolve problema CTS, fizicienii s-au mișcat în direcția greșită de o jumătate de secol. El crede că tokamak-urile nu au viitor și vorbește cu mare îndoială despre proiectul ITER.

În același timp, abordarea alternativă pe care o propune este descrisă doar în termeni cei mai generali și ridică mult mai multe îndoieli. Introducerea menționează că 1,3 miliarde de oameni din lume încă nu au acces permanent la energie electrică. Până în 2050, nevoile existente se vor dubla, rezultând construirea a mii de noi centrale electrice, pentru care nu există suficient combustibil.

Charles trece de la partea dramatică la cea optimistă. Diapozitivul demonstrează reacția binecunoscută a nucleelor ​​de deuteriu și tritiu, ducând la formarea unui nucleu de heliu și a unui neutron liber.

Reacția deuteriu + tritiu (diapozitiv din prezentarea lui Charles Chase)

Problema radioactivității induse din radiația neutronică nu este doar tăcută - vorbitorul declară un nivel zero al emisiilor și o absență completă a pericolului de radiație.

Principiul de funcționare este descris vag. Se menţionează iradierea prin radiofrecvenţă a gazului deuteriu şi a tritiului, a cărui sursă este litiul. Randamentul energetic al reacției este estimat la 17,6 MeV (valoare de referință). Cu toate acestea, Charles continuă să argumenteze de parcă aproape toată această energie ar fi la dispoziția consumatorului datorită instalării sale. El numește chiar și date specifice când sursa de energie „practic inepuizabilă” va fi disponibilă în mod masiv.

Între timp, pentru a începe reacția (precum și pentru a o menține), este necesară inițial o cantitate semnificativă de energie. Pentru ca soldul final să fie pozitiv, trebuie îndeplinite cel puțin trei condiții principale. Este necesar să se obțină o temperatură ridicată a plasmei (mai mult de 100 milioane K), capacitatea de a o menține într-o stare de densitate ultraînaltă pentru un timp suficient și capacitatea tehnică de a utiliza energia eliberată.

Despre primele două condiții, Charles spune doar că noul reactor folosește o configurație diferită a câmpului magnetic. Ce anume este diferit la ea? De ce este mai bun decât cel al tokamakilor și al stellaratorilor? Nici un raspuns. Vorbitorul respinge complet a treia condiție, referindu-se la metodele clasice de utilizare a energiei termice. Pentru a spune ușor, nu sunt foarte eficiente.

Când critică tokamak-urile, Charles folosește date învechite și nu menționează modul H descoperit în 1982. În modul „modă înaltă” (Parisul nu are nimic de-a face cu asta), pierderile de energie din tokamak sunt reduse cu un factor de doi sau mai mult. Un astfel de mod de operare al stellaratorilor oferă un câștig de doar o treime, dar care sunt rezultatele echipei Chase?

Este surprinzător că vorbitorul este gata să numească valori și termeni specifici fără a indica modul în care au fost calculate în general. De exemplu, slide-ul prezintă un camion cu un reactor de 100 MW instalat pe el. Aceasta este o ilustrare a nivelului Futurama. Pe următorul diapozitiv, punctul violet este etichetat „Experiment T4. Noua configurație a câmpului magnetic”.

Oral, Charles comentează că aceasta face parte dintr-o cameră de aproximativ un metru în diametru și doi metri lungime (corktron?), în care „poți vedea plasma”. Cu o cantitate destul de mare de imaginație în această abstracție, puteți vedea orice.

Încrederea în crearea unui prototip funcțional în patru ani și atingerea nivelului industrial în alți zece ani implică un grad ridicat de pregătire pentru proiect până acum. De obicei, poate fi judecat după numeroasele publicații științifice care au rezistat criticilor serioase din partea colegilor.

Potrivit articolelor din diferiți ani, se poate urmări progresul treptat al cercetărilor de laborator și evoluția instalației pilot. Tokamak-urile criticate în prezentare și proiectul ITER au toate acestea, dar „experimentul T4” al lui Charles Chase nu le are. Faptul că discursul către un public larg a fost ținut înainte de discuție cu un rezultat pozitiv în cercurile științifice ne face să fim precauți.

Inginerii spanioli au dezvoltat un prototip de reactor de fuziune cu plasmă inerțială, ecologic, care utilizează fuziunea nucleară în loc de fisiunea. Se susține că invenția va economisi semnificativ combustibilul și va evita poluarea mediului.

Jose González Diez, profesor la Universitatea Politehnică din Madrid, a brevetat un reactor care folosește un izotop de hidrogen, care poate fi izolat din apă, drept combustibil, ceea ce permite economii semnificative în producerea de energie electrică. Sinteza în reactor are loc prin intermediul radiației laser de 1000 MW.

De mulți ani, fuziunea nucleară a fost studiată pentru a oferi o alternativă la fisiunea nucleară în ceea ce privește siguranța și beneficiile financiare. Cu toate acestea, astăzi nu există un singur reactor de fuziune pentru producerea de energie electrică continuă de înaltă tensiune. Un exemplu de reactor termonuclear natural este Soarele, în interiorul căruia plasma încălzită la temperaturi enorme este ținută într-o stare de densitate ridicată.

Ca parte a proiectului Fusion Power, González Diez a creat un prototip de reactor de fuziune cu plasmă inerțială. Camera de sinteză a reactorului poate fi adaptată tipului de combustibil utilizat. Reacțiile teoretic posibile pot fi deuteriu-tritiu, deuteriu-deuteriu sau hidrogen-hidrogen.

Dimensiunile camerei, precum și forma acesteia, pot fi adaptate în funcție de tipul de combustibil. În plus, va fi posibilă modificarea formei echipamentelor externe și interne, a tipului de lichid de răcire etc.

Potrivit candidatului la științe fizice și matematice Boris Boyarshinov, proiectele de creare a unui reactor termonuclear au fost implementate de patruzeci de ani.

„Încă din anii '70, problema fuziunii termonucleare controlate a fost acută, dar până acum numeroase încercări de a crea un reactor termonuclear au fost eșuate. Lucrările la invenția sa sunt încă în curs de desfășurare și, cel mai probabil, vor fi în curând încununate cu succes”, a menționat domnul Boyarshinov.

Vladimir Chuprov, șeful programului energetic la Greenpeace Rusia, este sceptic cu privire la ideea utilizării fuziunii termonucleare.

„Acesta este departe de a fi un proces sigur. Dacă plasați o „pătură” de uraniu-238 lângă un reactor termonuclear, atunci toți neutronii vor fi absorbiți de acest înveliș, iar uraniul-238 se va transforma în plutoniu-239 și 240. Din punct de vedere economic, chiar dacă fuziunea termonucleară poate fi implementat și pus în exploatare comercială, costul său este de așa natură încât nu orice țară își poate permite, fie și doar pentru că este nevoie de personal foarte competent pentru a deservi acest proces”, spune ecologistul.

Potrivit acestuia, complexitatea și costul ridicat al acestor tehnologii este piatra de poticnire de care se va împiedica orice proiect, chiar dacă se desfășoară la nivel tehnic. „Dar chiar dacă va avea succes, capacitatea maximă instalată a centralelor de fuziune până la sfârșitul secolului va fi de 100 GW, ceea ce reprezintă aproximativ 2% din ceea ce va avea nevoie umanitatea. Drept urmare, fuziunea termonucleară nu rezolvă problema globală”, este sigur domnul Chuprov.

„Lockheed Martin a început dezvoltarea unui reactor de fuziune compact... Site-ul web al companiei spune că primul prototip va fi construit într-un an. Dacă acest lucru se dovedește a fi adevărat, într-un an vom trăi într-o lume complet diferită”, acesta este începutul uneia dintre „Mansarda”. Au trecut trei ani de la publicare, iar lumea nu s-a schimbat prea mult de atunci.

Astăzi, în reactoarele centralelor nucleare, energia este generată prin degradarea nucleelor ​​grele. În reactoarele termonucleare, energia se obține în timpul procesului de fuziune a nucleelor, în care se formează nuclee cu o masă mai mică decât suma celor inițiale, iar „reziduul” dispare sub formă de energie. Deșeurile de la reactoarele nucleare sunt radioactive, iar eliminarea lor în siguranță este o mare durere de cap. Reactoarele de fuziune nu au acest dezavantaj și folosesc, de asemenea, combustibili disponibili pe scară largă, cum ar fi hidrogenul.

Au o singură problemă mare - desenele industriale nu există încă. Sarcina nu este ușoară: pentru reacțiile termonucleare este necesară comprimarea combustibilului și încălzirea acestuia până la sute de milioane de grade - mai fierbinte decât la suprafața Soarelui (unde reacțiile termonucleare apar în mod natural). Este greu de realizat o temperatură atât de ridicată, dar este posibil, doar un astfel de reactor consumă mai multă energie decât produce.

Cu toate acestea, au încă atât de multe avantaje potențiale încât, desigur, nu numai Lockheed Martin este implicat în dezvoltare.

ITER

ITER este cel mai mare proiect din acest domeniu. La el participă Uniunea Europeană, India, China, Coreea, Rusia, Statele Unite și Japonia, iar reactorul în sine a fost construit în Franța din 2007, deși istoria lui merge mult mai adânc în trecut: Reagan și Gorbaciov au căzut de acord asupra sa. crearea in 1985. Reactorul este o cameră toroidală, o „goasă”, în care plasma este ținută de câmpuri magnetice, motiv pentru care se numește tokamak - apoi roidal ka măsura cu ma putred la atushkas. Reactorul va genera energie prin fuziunea izotopilor de hidrogen - deuteriu și tritiu.

Este planificat ca ITER să primească de 10 ori mai multă energie decât consumă, dar acest lucru nu se va întâmpla curând. Inițial, a fost planificat ca reactorul să înceapă să funcționeze în mod experimental în 2020, dar apoi această perioadă a fost amânată pentru 2025. În același timp, producția de energie industrială va începe nu mai devreme de 2060 și este posibil să așteptăm răspândirea acestei tehnologii undeva la sfârșitul secolului XXI.

Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X este cel mai mare reactor de fuziune stellarator din lume. Stellaratorul rezolvă problema care bântuie tokamaks - „răspândirea” plasmei din centrul torusului către pereții săi. Ceea ce tokamak încearcă să facă față cu câmpul său magnetic puternic, stellaratorul rezolvă cu forma sa complexă: câmpul magnetic care deține plasmă se îndoaie pentru a opri invadarea particulelor încărcate.

Wendelstein 7-X, așa cum speră creatorii săi, va putea funcționa o jumătate de oră în al 21-lea an, ceea ce va da un „bilet de viață” pentru ideea de stații termonucleare cu un design similar.

Instalația Națională de Aprindere

Un alt tip de reactor folosește lasere puternice pentru a comprima și încălzi combustibilul. Din păcate, cea mai mare instalație laser pentru obținerea energiei termonucleare, NIF-ul american, nu putea produce mai multă energie decât consumă.

Care dintre toate aceste proiecte va „decolare” cu adevărat și care va suferi soarta NIF, este greu de prevăzut. Rămâne să așteptăm, să sperăm și să urmărim știrile: anii 2020 promit să fie o perioadă interesantă pentru energia nucleară.

„Tehnologii nucleare” - unul dintre profilurile olimpiadei NTI pentru școlari.

Oamenii de știință de la Institutul de Fizică Nucleară din Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe (BINP SB RAS) intenționează să creeze un model de lucru al unui reactor termonuclear la institutul lor. Această publicație „Sib.fm” a spus șeful proiectului, doctorul în științe fizice și matematice Alexander Ivanov.

Pentru a lansa proiectul „Dezvoltarea Fundamentelor și Tehnologiilor Energiei Termonucleare a Viitorului”, oamenii de știință au primit un grant guvernamental. În total, oamenii de știință vor avea nevoie de aproximativ jumătate de miliard de ruble pentru a crea un reactor. Institutul urmează să construiască instalația în cinci ani. După cum sa raportat, cercetările legate de fuziunea termonucleară controlată, în special, fizica plasmei, au fost efectuate la INP SB RAS de mult timp.

„Până acum, am fost implicați în experimente fizice pentru a crea o clasă de reactoare nucleare care pot fi utilizate în reacții de fuziune. Am făcut progrese în acest sens și ne-am confruntat cu sarcina de a construi un prototip de stație termonucleară. Până în prezent, am acumulat baza și tehnologia și suntem pe deplin pregătiți să începem lucrul. Va fi un model la scară reală al reactorului, care poate fi folosit pentru cercetare sau, de exemplu, pentru procesarea deșeurilor radioactive. Există multe tehnologii pentru crearea unui astfel de complex. Sunt noi și complexe și necesită ceva timp pentru a le stăpâni. Toate sarcinile fizicii plasmei pe care le vom rezolva sunt relevante pentru comunitatea științifică mondială”, a spus Ivanov.

Spre deosebire de energia nucleară convențională, energia termonucleară se presupune că folosește energia eliberată în timpul formării nucleelor ​​mai grele din cele ușoare. Utilizarea izotopilor de hidrogen - deuteriu și tritiu, este avută în vedere ca combustibil, cu toate acestea, INP SB RAS va funcționa numai cu deuteriu.

„Vom efectua doar experimente de simulare cu generarea de electroni, dar toți parametrii de reacție vor corespunde cu cei reali. Nici noi nu vom genera electricitate - vom demonstra doar că reacția poate continua, că parametrii plasmei au fost atinși. Sarcinile tehnice aplicate vor fi implementate în alte reactoare”, a declarat Yury Tikhonov, director adjunct al Institutului de Cercetare.

Reacțiile care implică deuteriu sunt relativ ieftine și au un randament energetic ridicat, dar produc radiații neutronice periculoase.

„În instalațiile existente s-a atins o temperatură a plasmei de 10 milioane de grade. Acesta este un parametru cheie care determină calitatea reactorului. Sperăm să creștem temperatura plasmei în reactorul nou creat de două sau trei ori. La acest nivel, vom putea folosi instalația ca driver de neutroni pentru un reactor de putere. Pe baza modelului nostru, pot fi create reactoare tritiu-deuteriu fără neutroni. Cu alte cuvinte, instalațiile pe care le-am creat vor face posibilă crearea de combustibil fără neutroni”, a explicat Alexander Bondar, un alt director adjunct pentru cercetare la INP SB RAS.