Nowy starcie z MIT zamiar uruchomić reaktor termojądrowy za 15 lat. Poważnie?

Znany jest jeden dowcip: fuzję jądrową będzie za dwadzieścia lat. Zawsze będzie za dwadzieścia lat. To żart, teraz już nie jest śmieszny, wzrosła z optymizmu naukowców, którzy w 1950 roku (i w każde następne dekady) uważali, że fuzję jądrową był zaledwie 20 latach od nich. Teraz za ten żart na poważnie wziął się starcie — pochodzący z MIT (Massachusetts institute of technology), bardzo cenionego i znanego instytutu: Commonwealth Fusion Technologies. Starcie zapowiada się uruchomić przepływ reaktor syntezy jądrowej za 15 lat. Obiecuje tanią, czystą i nieograniczona energia, która rozwiąże wszystkie kryzysy z paliw kopalnych i zmiany klimatu. I mówią: "potencjalnie niewyczerpanym i безуглеродный źródło energii".

Jedyny problem: już to słyszeliśmy wiele razy. Co tym razem inaczej?

Inną znaną banał dotyczy energii syntezy. Pomysł jest prosty: można umieścić słońce w butelce. Pozostaje tylko zbudować butelkę. Energia syntezy odżywia gwiazdy, ale wymaga bardzo gorące i gęste warunków, aby plazma zarobiła.

Ogromne ilości energii może być wydany, gdy dwa lekkie jądra łączą się w: deuter-тритиевое fuzja, która odbywa się w ramach eksperymentu ITER, emituje 17,6 Mev za odpowiedź, milion razy więcej energii na molekułę, niż można uzyskać od wybuchu тротилового pocisku. Ale aby wydać tę energię, trzeba pokonać potężne elektrostatyczne odpychanie między rdzeniami, które oba są naładowane dodatnio. Silne oddziaływanie na krótkich dystansach prowadzi do syntezy, która produkuje całą tę energię, ale jądra trzeba przeprowadzić bardzo blisko — na фемтометры. W gwiazdach to wychodzi samo z siebie z powodu kolosalnego ciśnienia grawitacyjnego na materiał, ale na Ziemi jest to bardziej skomplikowane.

Aby rozpocząć, należy spróbować znaleźć materiały, które pozostaną żywi po ekspozycji na temperatury w setki milionów stopni Celsjusza.

Plazma składa się z naładowanych cząstek; materia i elektrony uciekają daleko. Można ją trzymać polem magnetycznym, która skręca plazmy w koło. Manipulowanie polem magnetycznym pozwalają również tę plazmę kurczyć. W latach 1950-tych i 1960-tych pojawiło się całe pokolenie urządzeń z egzotycznymi nazwami: Stellarator, Perhapsatron, Z-Pinch, zaprojektowanych do tego celu. Ale plazma, którą starali się utrzymać, była niestabilna. Plazma sama w sobie wytwarza pola elektromagnetyczne, można ją opisać bardzo trudne teorią магнитогидродинамики. Lekkie odchylenia lub wady na powierzchni osocza szybko wychodziły z pod kontroli. W skrócie, urządzenia nie działały, jak oczekiwaliśmy.

W Związku Radzieckim opracowano urządzenie "tokomak", który sugerował znacznie lepszą wydajność. W tym samym czasie wynaleziono laser, który pozwala zrealizować nowy rodzaj syntezy — synteza z инерциальным конфайнментом.

W tym przypadku już nie musisz utrzymać plazmę, płonącą w polach magnetycznych, trzeba ścisnąć jej wybuchem za pomocą laserów w krótkim czasie. Ale eksperymenty z инерциальным конфайнментом też cierpiały z powodu niestabilności. Odbywały się one z lat 1970-tych i być może kiedyś osiągną swego, ale największy z nich do tej pory — Narodowe laboratorium zapłonu w Livermore, Ca, — tak i nie osiągnął progu rentowności, kiedy będzie produkuje więcej energii niż jest potrzebne.

Większość nadziei spoczywa na ITER, największy na świecie tokomak do syntezy z magnetycznym конфайнментом, który jest wciąż w budowie.

Twórcy projektu mają nadzieję zapalać osoczu w ciągu 20 minut, aby produkować 500 Mw energii z nominalnym wejściem do 50 Mw. Pełne eksperymenty na syntezę zaplanowano na 2035 rok, ale problemy ze współpracą międzynarodową USA, ZSRR (wtedy jeszcze), Japonią i Europą doprowadziły do długich opóźnień i rozciąganiu budżetu. Projekt spóźnia się na 12 lat i kosztuje 13 miliardów dolarów. To nie jest rzadkością w przypadku projektów, które wymagają budowy dużych instalacji.

Na plan pierwszy reaktor termojądrowy ITER syntezy, która będzie działać jak elektrownia, zapalając i wspiera syntezę, DEMO, musi przyłączyć się do pracy w 2040 lub nawet 2050 roku. Innymi słowy, fuzję jądrową... będzie za dwadzieścia lat. Składa się tendencja do rozwiązywania problemów z нестабильностями poprzez budowę coraz większych instalacji. ITER będzie więcej JET, a DEMO będzie więcej ITER.

Na przestrzeni lat wiele polecenia rzucali wyzwanie międzynarodowej коллаборации, oferując konstrukcji mniejsze. Pytanie nie w prędkości, a w praktyczności. Jeśli na budowę reaktora syntezy naprawdę pójdą miliardy dolarów i dziesiątki lat, czy będzie on w ogóle окупаем? Kto zapłaci za budowę? Możliwe, że do tego momentu, kiedy zostanie zbudowany pracy tokomak, połączenie paneli słonecznych i nowych baterii zapewnią nam energii, która będzie taniej wykonaną na токамаке. Niektóre projekty — nawet przysłowiowy "zimna fuzja" — okazały się kłamliwe lub uszkodzone.

Inne godne większej uwagi. W firmach z nowymi konstrukcjami reaktor termojądrowy — lub, w niektórych przypadkach, пересмотренными wersjami starych prób.

Tri Alpha liczy się przeciwstawiać chmury plazmy w konstrukcji, przypominającej Wielki zderzacz hadronów, a następnie przytrzymać синтезирующую plazmy w polu magnetycznym na tyle długo, aby wyjść na próg rentowności i wytwarzania energii. Udało im się osiągnąć wymaganych temperatur i uwięzienie plazmy na kilka milisekund, a także przyciągnąć ponad 500 milionówdolarów kapitału podwyższonego ryzyka.

Zespół Lockheed Martin Skunk Works, znany z tajnymi projektami, narobiła hałasu w 2013 roku, ogłosił, że pracuje nad kompaktowym термоядерным reaktorem, odpowiedzialne za produkcję 100 Mw i mają rozmiar silnika odrzutowego. W tym momencie oni twierdzili, że prototyp będzie gotowy za pięć lat. Oczywiście, szczegółów konstrukcji nie otwierali. W 2016 roku zostało potwierdzone, że projekt otrzyma dofinansowanie, ale wiele już stracił wiarę i zyskały sceptycyzm.

I oto na tle całej tej brzydoty naukowcy z MIT wdzierają się na ring. Bob Мамгаард, CEO Commonwealth Fusion Energy, powiedział: "staramy się zdobyć stację roboczą w czasie, aby pokonać zmiany klimatu. Uważamy, że nauka, szybkość i skalowanie projektu wymagają piętnastu lat".

Nowy projekt MIT przestrzega projektu токамака, tak jak to robili w przeszłości. Urządzenie SPARC ma produkować 100 Mw energii za 10-sekundowe impulsach ograniczającego. Pozyskiwanie energii z impulsów już udawało się wcześniej, ale próg rentowności — oto, co naprawdę przyciąga naukowców.

Specjalny sos w tym przypadku — to nowe wysokotemperaturowe сверхпроводящие magnesy z tlenku itru-baru-miedzi. Biorąc pod uwagę, że ВТСМ mogą tworzyć potężne pola magnetyczne przy tej samej temperaturze, co zwykłe magnesy, może uda się wycisnąć plazmę z mniejszą mocą, mniejszym urządzeniem magnetycznym i osiągnięcia warunków syntezy w urządzeniu, które w 65 razy mniej ITER. Taki jest plan, w każdym razie. Mają nadzieję stworzyć сверхпроводящие magnesy na najbliższe trzy lata.

Naukowcy nastawieni optymistycznie: "Nasza strategia — korzystać z konserwatywną fizyki, opartą na ostatnie dziesięciolecie pracy w MIT i w innych miejscach", mówi Martin Greenwald, zastępca dyrektora Centrum nauki o osoczu i syntezie przy mit. "Jeśli SPARC osiągnie oczekiwanej wydajności, moja intuicja podpowiada, że będzie można go skalować do prawdziwej zakładów energetycznych".

Istnieje wiele innych projektów i firmach, które w podobny sposób obiecują ominąć wszelkiego rodzaju токамаки i budżetów międzynarodowych współpracy. Trudno powiedzieć, czy znajdzie się ktoś z nich tajemniczym składnikiem do syntezy lub ITER, z jego wagi w środowisku naukowym i obsługą krajów, wygra. I wciąż trudno powiedzieć, kiedy i czy synteza będzie najlepszym źródłem energii. Synteza — jest to trudne. Tak pokazuje historia.