Корреспондент: Атомная энергетика. Дешево и без аварий
В начале апреля исследователи из американской Lawrence Livermore National Laboratory впервые заявили, что им удалось получить продуктивную реакцию термоядерного синтеза, которая может стать практически неисчерпаемым, дешевым и безопасным источником энергии для всего мира.
По словам ученых, в результате воздействия с помощью 192 лазеров на изотопы водорода, дейтерий и тритий было получено несколько тысяч джоулей энергии. Это очень незначительная величина — от такого количества энергии одна 100-ваттная лампочка сможет гореть не более трех минут.
Важно другое: за долгие десятилетия исследований подобных реакций впервые был достигнут выход энергии, делающий возможным создание нового поколения ядерных реакторов. Фактически в новых реакторах будут проходить реакции схожие с теми, что постоянно происходят на Солнце.
В последние годы ученые все чаще задумываются над тем, чтобы заменить или обезопасить ядерную энергетику и избежать новых аварий, таких как в Чернобыле в 1986 году или на АЭС Три-Майл-Айленд в США в 1979-м. Сегодня наиболее перспективными, по мнению Майкла Зарнстофа из Princeton Plasma Physics Laborator, становятся реакция термоядерного синтеза и использование тория как новой разновидности топлива для атомных станций.
Пока оба этих направления пребывают на стадии разработки, но в ближайшие годы в Евросоюзе хотят запустить первую промышленно-испытательную термоядерную силовую установку, где будет проходить преобразование.
А в США настроены инвестировать более $ 3 млрд до 2018 года, чтобы получить свой первый реактор, опередив европейцев. Если это случится, то незначительные запасы изотопов водорода обеспечат все энергетические потребности человечества и навсегда положат конец войнам за ресурсы.
По мнению Клессенса, эта технология будет не только дешевой, но и полностью исключит аварии и загрязнение окружающей среды.
За шаг до зажигания
Эксперимент в американской Lawrence Livermore National Laboratory, привлекший внимание всего мира, базировался на использовании лазеров для создания сверхвысокой температуры и давления в топливе.
“Это прямой аналог нашего Солнца, — говорит Зарнстоф. — Там под действием гигантского давления и температуры приблизительно 150 млн 0С запускается преобразование, при котором атомы водорода сталкиваются и превращаются в гелий, выделяя энергию”.
Опыты с лазерами в США ведутся уже почти десять лет, но лишь сейчас ученые впервые смогли получить от ядерного синтеза энергии больше, чем на него было затрачено. При этом исследователи не скрывают, что до устойчивого и самоподдерживающегося состояния пока еще далеко.
Для получения небольшого излучения потребовалось оборудование величиной с футбольный стадион и стоимостью $ 3 млрд, способное сфокусировать на топливе в лазерных пучках 500 трлн Вт. Только тогда в отдельных частях шарика диаметром 3 см началась реакция. Поэтому еще рано заявлять о том, что вскоре в США создадут промышленный ядерный реактор на данной основе.
“Самое сложное дня нас — “зажигание”, когда мы преодолеем силу отталкивания атомов и реакция будет самоподдерживающейся”, — объясняет Клессенс.
Для этого в реакторе планируют использовать изотопы водорода, которые доведут до состояния плазмы при давлении не менее 150 млрд атмосфер и температуре, равной температуре ядра Солнца. Ни один металл не выдержит контакта с этой плазмой, так что кольцо из нее будет подвешено в вакууме с помощью мощного магнитного поля.
В ITER надеются добиться первого “зажигания” уже к 2020 году, и тогда можно будет не только получать “рукотворное солнце”, но и производить электричество с минимальными затратами, так как при слиянии двух частиц водорода выделяется энергия равная 14,1 мегаэлектронвольта. Для этого требуется завершить несколько проектов по криогенике (охлаждению реактора) и экранированию излучения в вакууме.
Европа инвестировала $ 20 млрд в ITER и планирует в ближайшее время повысить капиталовложения в эти исследования на 20%, до $ 110 млн ежегодно. Проект стартовал еще в 1992 году, но из-за недостатка финансирования продвигался очень медленно.
И лишь пару лет назад, когда к проекту присоединился Китай, а США стали выделять больше денег, ITER начал активно строиться. Теперь он находится на стадии сооружения оболочки реактора.
Перспективный металл
Еще одним проектом в сфере атомной энергетики, в нынешнем году привлекшим внимание инвесторов и ученых, стало использование тория. Этот радиоактивный металл может заменить в роли ядерного топлива уран и плутоний.
“Последние 60 лет мы сосредоточились только на урановом топливе и вычеркнули все другие источники, возможно, более безопасные и прибыльные”, — се-ует в беседе с Корреспондентом Эдриан Булл из National Nuclear Laboratory.
По словам ученого, это определялось тем, что в период холодной войны энергетику использовали как источник получения сырья для ядерного оружия. Про остальные источники ядерного топлива тем временем забыли.
Торий более распространен в природе, чем уран, хотя его добывать его сложнее: металл не настолько концентрированный в своем первозданном виде. По данным World Nuclear Association, мировые запасы тория составляют 5,4 млн т. Самыми богатыми залежами обладают Индия, Турция, Бразилия и Австралия.
Наконец, захоронить отработанное топливо из тория будет намного дешевле, чем уран или плутоний, так как оно не обладает такой высокой радиоактивностью.
“Период полураспада изотопа тория-232 — примерно 75 лет, в то время как изотопы урана, которые нужно складировать, распадаются в среднем через несколько тысяч лет”, — объяснили Корреспонденту в NASA Goddard Institute for Space Studies.
Сегодня, согласно информации института, в мире накопилось более 270 тыс. т радиоактивных отходов, требующих храния в течении очень многих лет.
Работы по созданию первого промышленного реактора на тории ведутся в Норвегии — там планируют получить первый ток к 2020 году. Еще дальше шагнула Индия, которая обладает почти 1 млн т запасов этого минерала. В Дели уже заявили, что предполагают инвестировать более $ 1,8 млрд в постройку обогатительных мощностей и хотят начать загрузку ториевого ядерного топлива в свои АЭС через пять лет.
Хотя, по мнению Томаса Альберта-Шмидта из Флоридского университета, пройдет минимум 40-50 лет, пока торий начнут массово использовать в атомной энергетике. Но это топливо решит проблему неэффективного использования АЭС и снизит зависимость стран от ископаемых ресурсов.
***
Этот материал опубликован в №16 журнала Корреспондент от 25 апреля 2014 года. Перепечатка публикаций журнала Корреспондент в полном объеме запрещена. С правилами использования материалов журнала Корреспондент, опубликованных на сайте Корреспондент.net, можно ознакомиться здесь.