Искусственное солнце и гелий с Луны - революция в энергетике

На Солнце это происходит все время: атомы соединяются, то есть происходит реакция термоядерного синтеза, в результате выделяется невообразимое количество энергии. Ученые давно мечтают о такой энергии, и здесь на Земле ее можно получить, создавая управляемые реакции термоядерного синтеза. 

Но пока получить ее не удается.

После окончания Второй мировой войны этого пытаются добиться ученые всего мира.

С помощью опытных реакторов в России, США, Англии, Японии и многих других странах были получены кратковременные процессы термоядерного синтеза, но везде на поддержание этого процесса было использовано энергии больше, чем на получение самой энергии, объясняет старший научный сотрудник Технического университета Дании Сёрен Банг Корсхолм (Søren Bang Korsholm).

В далеком будущем

Датский ученый и его коллеги на кафедре физики Технического университета участвуют в глобальном научном проекте, который в 2025 году позволит осуществить эффективный процесс термоядерного синтеза — т.е. будет выделено энергии больше, чем потрачено на ее получение. Тем не менее, считается, что мы еще много лет не сможем увидеть электростанции, действующие на принципах термоядерного синтеза.

«Лишь в пятидесятые годы нынешнего столетия энергию электростанций термоядерного синтеза можно будет использовать в электросетях. Во всяком случае, таковы ориентиры европейской программы термоядерного синтеза», — говорит он.

Несмотря на удаленность перспектив, многие ученые, как и Сёрен, серьезно работают над вопросами энергии термоядерного синтеза. И для этого есть основательные причины. Для электростанции, работающей на принципах термоядерного синтеза, требуется бесконечно малое количество ядерного топлива, кроме того, у них нет выброса СО2 и других вредных веществ.

Дешевая зеленая энергия

Когда ты сегодня ставишь на зарядку свой смартфон, 24% электричества в этом случае поступает от тепловых станций, работающих на угле. Это тяжелое и не особенно благоприятное для окружающей среды производство энергии.

«Для производства одного гигаватта электричества угольная электростанция должна ежегодно сжигать 2,7 миллиона тонн угля. А станции термоядерного синтеза для получения того же самого эффекта требуется всего 250 килограмм ядерного топлива. 25 грамм ядерного топлива достаточны для того, чтобы такая электростанция снабжала энергией одного датчанина в течение всей его жизни», — говорит Сёрен Банг Корсхолм.

В отличие от угля, термоядерный синтез не выделяет CO2, и, таким образом, не влияет на климат.

«Единственным „непосредственным" производственным отходом энергии ядерного синтеза является гелий, а его можно использовать в самых различных областях. Речь идет о примерно 200 килограммах гелия за весь год», — объясняет он.

Тем не менее, у энергии ядерного синтеза есть небольшая проблема. Здесь не обойдешься полностью без радиоактивности. «Внутренняя поверхность реактора становится радиоактивной, но это такая форма радиоактивности, которая становится безопасной уже через 100 лет», — говорит ученый. Потом этот материал можно снова использовать.

Почти нескончаемое ядерное топливо

В отличие от угля, топливо для электростанция термоядерного синтеза не нужно выкапывать из Земли. Его можно получать насосами из моря, потому что энергия термоядерного синтеза получается с помощью тяжелого водорода (дейтерия), который добывают из морской воды.

«Море дает ядерное топливо, которого будет достаточно для потребления энергии во всем мире в течение миллиардов лет. Поэтому мы не останемся без энергии, если научимся использовать энергию термоядерного синтеза», — объясняет Сёрен Банг Корсхолм.

Кроме тяжелого водорода дейтерия, ученые в реакторе термоядерного синтеза используют сверхтяжелый водород тритий. Его не существует в природе, но его получают из лития — это то самое вещество, которое используется в батареях.

В реакторе происходит слияние тяжелого и сверхтяжелого водорода после того, как температура в реакторе доходит до 200 миллионов градусов.

«Температура в реакторе невообразимо высокая. Для сравнения, температура ядра Солнца составляет всего 15 миллионов градусов. Таким образом, мы создаем гораздо более высокую температуру», — говорит он.

Гигантский ядерный реактор Франции

Сёрен Банг Корсхолм и многие из его коллег в Техническом университете — участники большого международного проекта ITER, где ЕС, США, Китай и многие другие страны сотрудничают, создавая на юге Франции самый большой термоядерный реактор в мире. Он будет первым реактором такого типа, который будет давать больше энергии, чем потребляет ее.

«ITER, согласно проекту, будет производить 500 мегаватт, в то время как для его разогрева потребуется 50 мегаватт. Он потребляет энергии чуть больше, чем 50 мегаватт, потому что мы используем часть энергии для охлаждения и магнитов, что в данном случае не учитывается, но это дает хороший избыток энергии в самом реакторе», — объясняет он.

По словам ученого, реактор скоро будет готов для эксплуатации.

«В 2025 году реактор будет готов для проведения первого испытания, после этого мы будем модернизировать его, пока он не будет полностью готов в 2033 году», — говорит Сёрен Банг Корсхолм.

Демонстрация энергии будущего

Но не следует думать, что после завершения проекта ITER электричество, благодаря которому работает наш холодильник, будет энергией термоядерного синтеза. Реактор не будет производить электричество.

«ITER — это не электростанция. Реактор строят не для производства электричества, а для демонстрации возможности использовать термоядерный синтез в качестве источника энергии», — говорит он.

Ученый надеется, что у проекта появятся коммерческие партнеры, которые обратят внимание на возможности энергии термоядерного синтеза.

«Может быть, крупные энергетические предприятия и нефтяные компании начнут инвестировать деньги в энергетику термоядерного синтеза, когда увидят ее возможности. И кто знает, может быть, такие электростанции появятся в недалеком будущем», — говорит Сёрен Банг Корсхолм.

Следующая остановка — Луна

Если ученым удастся создать эффективные электростанции на основе термоядерного синтеза, то сразу появится масса идей, каким образом их можно будет улучшить. Одна из идей уже предлагает использовать другой тип топлива, которого, однако, не так много на Земле.

«Гелий-3, которого очень много на Луне, обладает тем преимуществом, что продукты термоядерного синтеза из плазмы меньше вступают в реакцию со стенками реактора, поэтому стенка становится менее радиоактивной и может иметь более длительный срок использования», — говорит Сёрен Банг Корсхолм.

Пока добыча топлива на Луне и доставка его на Землю требует больших затрат. Но, может быть, энергия термоядерного синтеза будет настолько эффективной, что эти затраты окупятся.

«Если появляются мысли о том, чтобы доставлять топливо с Луны, значит, электростанции термоядерного синтеза могут быть невероятно эффективными», — говорит ученый в заключение.