Иновативни проекти, използващи съвременни свръхпроводници, скоро ще позволят контролиран термоядрен синтез, казват някои оптимисти. Експертите обаче прогнозират, че практическото приложение ще отнеме няколко десетилетия.
Защо е толкова трудно?
Енергията на синтеза се счита за потенциален източник на енергия за бъдещето. Това е чистата енергия на атома. Но какво е това и защо е толкова трудно да се постигне? Като начало трябва да разберем разликата между класическото ядрено делене и термоядрен синтез.
Разделянето на атома е, когато радиоактивните изотопи - уран или плутоний - се разделят и превръщат в други силно радиоактивни изотопи, които след това трябва да бъдат заровени или рециклирани.
Реакцията на синтез се състои във факта, че два изотопа на водорода - деутерий и тритий - се сливат в едно цяло, образувайки нетоксичен хелий и един неутрон, без да произвеждат радиоактивни отпадъци.
Проблем с контрола
Реакции, коитовъзникват на Слънцето или във водородна бомба - това е термоядрен синтез и инженерите са изправени пред трудна задача - как да контролират този процес в електроцентрала?
Това е нещо, върху което учените работят от 60-те години на миналия век. Друг експериментален термоядрен реактор, наречен Wendelstein 7-X, започна работа в северния германски град Грайфсвалд. Все още не е проектиран да създава реакция - това е просто специален дизайн, който се тества (стеларатор вместо токамак).
Високоенергийна плазма
Всички термоядрени инсталации имат обща черта - пръстеновидна форма. Тя се основава на идеята за използване на мощни електромагнити за създаване на силно електромагнитно поле, оформено като тор - напомпана велосипедна тръба.
Това електромагнитно поле трябва да е толкова плътно, че когато се загрее в микровълнова фурна до един милион градуса по Целзий, в самия център на пръстена трябва да се появи плазма. След това се запалва, за да може синтезът да започне.
Демонстрация на възможности
В Европа в момента се провеждат два такива експеримента. Един от тях е Wendelstein 7-X, който наскоро генерира първата си хелиева плазма. Другият е ITER, огромно експериментално съоръжение за синтез в южната част на Франция, което все още е в процес на изграждане и ще бъде готово да заработи през 2023 г.
Предполага се, че реални ядрени реакции ще възникнат в ITER, но само презза кратък период от време и със сигурност не повече от 60 минути. Този реактор е само една от многото стъпки към превръщането на ядрения синтез в реалност.
Ядреноядрен реактор: по-малък и по-мощен
Наскоро няколко дизайнери обявиха нов дизайн на реактора. Според група студенти от Масачузетския технологичен институт, както и представители на оръжейната компания Lockheed Martin, синтезът може да се извърши в съоръжения, които са много по-мощни и по-малки от ITER, и те са готови да го направят в рамките на десет. години.
Идеята на новия дизайн е да се използват съвременни високотемпературни свръхпроводници в електромагнити, които показват своите свойства при охлаждане с течен азот, а не конвенционални, които изискват течен хелий. Нова, по-гъвкава технология ще позволи пълно преустройство на реактора.
Клаус Хеш, който отговаря за технологиите за ядрен синтез в Технологичния институт в Карлсруе в Югозападна Германия, е скептичен. Той поддържа използването на нови високотемпературни свръхпроводници за нови проекти на реактори. Но според него не е достатъчно да се разработи нещо на компютър, като се вземат предвид законите на физиката. Необходимо е да се вземат предвид предизвикателствата, които възникват при реализирането на идеята.
Sci-fi
Според Хеш студентският модел на MIT показва само възможността за проект. Но всъщност това е много научна фантастика. Проектпредполага, че сериозните технически проблеми на термоядрения синтез са решени. Но съвременната наука няма представа как да ги реши.
Един такъв проблем е идеята за сгъваеми намотки. Електромагнитите могат да бъдат демонтирани, за да влязат вътре в пръстена, който държи плазмата в модела на дизайн на MIT.
Това би било много полезно, защото човек може да има достъп до обекти във вътрешната система и да ги заменя. Но в действителност свръхпроводниците са направени от керамичен материал. Стотици от тях трябва да бъдат преплетени по сложен начин, за да образуват правилното магнитно поле. И тук има по-основни трудности: връзките между тях не са толкова прости, колкото връзките на медни кабели. Никой все още не е измислил концепции, които биха помогнали за решаването на подобни проблеми.
Твърде горещо
Високата температура също е проблем. В сърцевината на термоядрена плазма температурата ще достигне около 150 милиона градуса по Целзий. Тази екстремна топлина остава на място - точно в центъра на йонизирания газ. Но дори около него все още е много горещо - от 500 до 700 градуса в зоната на реактора, която е вътрешният слой на метална тръба, в която тритият, необходим за ядрен синтез, ще се „възпроизвежда“
Ядреният реактор има още по-голям проблем - така нареченото освобождаване на мощност. Това е частта от системата, която получава използваното гориво, главно хелий, от процеса на синтез. Първометалните компоненти, в които влиза горещият газ, се наричат "дивертори". Може да се нагрее до над 2000°C.
Проблем с дивертора
За да може заводът да издържи на тези температури, инженерите се опитват да използват металния волфрам, използван в старомодни крушки с нажежаема жичка. Точката на топене на волфрама е около 3000 градуса. Но има и други ограничения.
В ITER това може да се направи, защото нагряването в него не се случва постоянно. Предполага се, че реакторът ще работи само 1-3% от времето. Но това не е опция за електроцентрала, която трябва да работи 24/7. И ако някой твърди, че може да построи по-малък реактор със същата мощност като ITER, спокойно може да се каже, че няма решение на проблема с дивертора.
Електроцентрала след няколко десетилетия
Въпреки това учените са оптимисти по отношение на развитието на термоядрени реактори, но няма да е толкова бързо, колкото прогнозират някои ентусиасти.
ITER трябва да покаже, че контролираният синтез може действително да произведе повече енергия, отколкото би била изразходвана за нагряване на плазмата. Следващата стъпка е изграждането на чисто нова хибридна демонстрационна електроцентрала, която всъщност генерира електричество.
Инженерите вече работят по неговия дизайн. Те ще трябва да се поучат от ITER, който е планиран да стартира през 2023 г. Като се има предвид времето, необходимо за проектиране, планиране и строителство, изглеждамалко вероятно е първата термоядрена електроцентрала да бъде пусната много по-рано от средата на 21-ви век.
Rossi Cold Fusion
През 2014 г. независим тест на реактора E-Cat заключи, че устройството произвежда средно 2800 вата мощност за период от 32 дни с консумация от 900 вата. Това е повече, отколкото всяка химическа реакция може да изолира. Резултатът говори или за пробив в термоядрен синтез, или за откровена измама. Докладът разочарова скептиците, които се съмняват дали тестът е наистина независим и предполагат възможна фалшификация на резултатите от теста. Други са били заети да измислят "тайните съставки", които позволяват на синтеза на Роси да възпроизведе технологията.
Роси е измамник?
Андреа е внушителна. Той публикува прокламации до света на уникален английски в секцията за коментари на своя уебсайт, претенциозно наречен Journal of Nuclear Physics. Но предишните му неуспешни опити включват италиански проект за преобразуване на отпадъци в гориво и термоелектричен генератор. Petroldragon, проект за генериране на енергия от отпадъци, се провали отчасти, защото незаконното изхвърляне на отпадъци се контролира от италианската организирана престъпност, която повдигна наказателно обвинение срещу него за нарушаване на разпоредбите за управление на отпадъците. Той също така създаде термоелектрическо устройство за Инженерния корпус на армията на САЩ, но по време на тестването притурката произведе само част от обявената мощност.
Мнозина не вярват на Роси, а главният редактор на New Energy Times направо го нарече престъпник с поредица от неуспешни енергийни проекти зад гърба си.
Независима проверка
Роси подписа договор с американската компания Industrial Heat за провеждане на едногодишен таен тест на 1-MW централа за студен синтез. Устройството беше транспортен контейнер, пълен с десетки E-Cats. Експериментът трябваше да бъде контролиран от трета страна, която можеше да потвърди, че генерирането на топлина наистина се извършва. Роси твърди, че е прекарал голяма част от изминалата година, на практика живеейки в контейнер и е наблюдавал операциите повече от 16 часа на ден, за да докаже комерсиалната жизнеспособност на E-Cat.
Тестът приключи през март. Поддръжниците на Роси с нетърпение очакваха доклада на наблюдателите, надявайки се на оправдателна присъда за героя си. Но в крайна сметка получиха дело.
Съдебен спор
В заявление в съда във Флорида Роси твърди, че тестът е бил успешен и независим арбитър потвърди, че реакторът E-Cat произвежда шест пъти повече енергия, отколкото консумира. Той също така твърди, че Industrial Heat се е съгласила да му плати 100 милиона долара - 11,5 милиона авансово след 24-часовия пробен период (уж за лицензионни права, за да може компанията да продаде технологията в САЩ) и още 89 милиона долара след успешното завършване на удължената изпитание в рамките на 350 дни. Роси обвини IH, че управлява "измамна схема"чиято цел била да открадне интелектуалната му собственост. Той също така обвини компанията в присвояване на реактори E-Cat, незаконно копиране на иновативни технологии и продукти, функционалност и дизайн и злоупотреба с патент върху неговата интелектуална собственост.
Мина на злато
На друго място Роси твърди, че в една от демонстрациите си IH е получил $50-60 милиона от инвеститори и още $200 милиона от Китай след повторение с участието на висши китайски служители. Ако това е вярно, тогава са заложени много повече от сто милиона долара. Industrial Heat отхвърли тези твърдения като неоснователни и ще се защитава активно. По-важното е, че тя твърди, че "работи повече от три години, за да потвърди резултатите, които Роси е постигнал с неговата E-Cat технология, без успех."
IH не вярва в E-Cat и New Energy Times не вижда причина да се съмнява в това. През юни 2011 г. представител на изданието посети Италия, интервюира Роси и засне демонстрация на неговия E-Cat. Ден по-късно той съобщи за сериозните си опасения относно метода за измерване на топлинната мощност. След 6 дни журналистът публикува видеото си в YouTube. Експерти от цял свят му изпратиха анализи, които бяха публикувани през юли. Стана ясно, че това е измама.
Експериментално потвърждение
Въпреки това, редица изследователи - Александър Пархомов от Руския университет за приятелство на народите и Мемориалния проект на Мартин Флейшман (MFPM) -успя да възпроизведе студения термоядрен синтез на Русия. Докладът на MFPM беше озаглавен „Краят на въглеродната ера е близо“. Причината за такова възхищение беше откриването на изблик на гама-лъчение, което не може да се обясни по друг начин освен с термоядрена реакция. Според изследователи Роси има точно това, което казва.
Жизнеспособна отворена рецепта за студен синтез може да предизвика енергийна златна треска. Могат да се намерят алтернативни методи, които да заобиколят патентите на Роси и да го предпазят от многомилиардния енергийен бизнес.
Така че може би Роси би предпочел да избегне това потвърждение.
