Мало не покажется. Когда термоядерная энергетика вытеснит нефть и газ

Воктябре американская компания Lockheed Martin представила проект компактного термоядерного реактора. Руководитель разработок Томас МакГвайр, возглавляющий исследовательское подразделение Skunk Works, заявил, что их детище станет мировой революцией в энергетике, обеспечив человечество бесконечной и дешевой энергией, которая отправит на свалку истории нефть и газ.

В Lockheed Martin рассчитывают, что через пять лет появится первый рабочий прототип, который поместится на прицеп обычного грузовика. А через 10 лет в серию пойдут компактные реакторы, которые можно будет поставить на подводную лодку или даже самолет. Мощность установки — около 100 МВт. Этого достаточно, чтобы обеспечивать энергией примерно 80 тыс. частных домов или с десяток скоростных поездов Eurostar.

Ученые, занимающиеся термоядерными разработками, недоумевают, как компании за короткий срок удастся создать технологию, которая была недостижимой последние полстолетия. "Сейчас мы подошли вплотную к тайне ядерного синтеза, — рассказал Фокусу Майкл Кларенс из международного термоядерного проекта ITER. – Но нам нужно еще не менее 20 лет, чтобы дать первую энергию". Скептицизм Кларенса вполне понятен. Работа над ITER ведется с 1985 года, в ней участвуют 35 стран, но экспериментальный термоядерный реактор-токамак будет построен в лучшем случае к 2020 году, после чего еще лет 15 уйдет на эксперименты. При этом размером он будет с небольшой микрорайон — для перевозки всех его составляющих понадобятся сотни грузовиков, на которых всего через пять лет обещает разместить свой реактор Lockheed Martin.

Искусственное Солнце

Реакция термоядерного синтеза, при которой ядра элементов не расщепляются, а сливаются, — для науки давно не новость. По такому принципу построена водородная бомба, схожие процессы происходят на Солнце и других звездах — под действием огромного давления и температуры атомы водорода в результате слияния превращаются в гелий, выделяя большое количество энергии.

Проблема в том, чтобы создать условия, при которых атомы преодолеют силы отталкивания и вступят в реакцию. И сделать ее "энергетически положительной" — чтобы энергия, выделяющаяся при слиянии ядер, превышала энергию, затраченную на создание условий для слияния. Этого результата после почти полувека опытов удалось достичь только в конце 2013 года в лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе (Lawrence Livermore National Laboratory, США). Ливерморский эксперимент напоминал создание миниатюрной водородной бомбы: замороженная водородная мишень диаметром 2 мм была "подожжена" 192 мощными лазерами. Выход энергии оказался примерно в полтора раза больше энергозатрат на запуск реакции. Но сама она длилась ничтожные доли секунды и носила скорее научный, чем практический интерес, — построить "пульсирующий" термоядерный реактор невероятно сложно и из-за проблем с подачей топлива.

Нажмите для увеличения

Так что пока наиболее перспективной схемой для коммерческого термоядерного синтеза остается магнитная ловушка — вакуумная камера со сверхперегретой плазмой, в которой создают условия для самоподдерживающейся реакции. Энергию в виде тепла в этом случае можно "снимать" со стенок реактора по тому же принципу, как и на действующих атомных станциях.

Конкуренты из ITER

За прошедшие с первых экспериментов десятилетия были перепробованы несколько принципиально отличающихся форм ловушек и масса их комбинаций: похожие на изогнутую в трех измерениях восьмерку стеллары, цилиндрические пробкотроны, тороидальные токамаки. Сейчас главной надеждой ученых остаются последние: нить плазмы в них замкнута в петлю и помещена в вакуумную камеру в форме тора, из-за чего такие проекты и получили свое название (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками).

Чтобы поднять температуру плазмы в токамаке, ее накачивают энергией с помощью электромагнитных полей. В итоге в камере формируется "бублик" ионизированного газа, который висит в вакууме, поддерживаемый сверхсильными магнитными полями. Создано около 200 экспериментальных тороидальных камер. Но ни в одной пока не удалось разогреть плазму больше чем на 100 млн градусов и получить положительный выход энергии: из-за несовершенства управления магнитными полями в большинстве случаев шнур плазмы существовал доли секунды.

• Читайте также: Ближе к людям. Как Нобелевский комитет возвращает науке популярность

Решить эту проблему должен упомянутый выше проект международного токамака — ITER. Первые работы по нему стартовали еще в 1985 году, когда США и СССР договорились создать принципиально новую станцию ядерного синтеза, которая изменит энергетическое будущее человечества. Но из-за пересмотра теории и многочисленных разногласий участников (сейчас их 35) место и дату начала строительства окончательно определили только в нулевых. С 2007 года станция строится на юге Франции, неподалеку от города Кадараш. Именно там рассчитывают получить температуру плазмы в 150 млн градусов Цельсия, после чего в ней должен начаться самоподдерживающийся процесс слияния атомов дейтерия и трития.

Но токамак — крайне дорогой и масштабный проект. Первоначально его стоимость оценивалась в $5 млрд. В этом году одновременно с заливкой фундамента на площадке размером в 42 га в ITER объявили, что реактор обойдется как минимум в $12 млрд. Промышленный реактор, по оценке Томаса Шмидта из National High Magnetic Field Laboratory (США), обойдется значительно дороже. Эксперты говорят об итоговых затратах в $50 млрд. А габариты его будут просто гигантскими — при нынешних технологиях вес конструкции должен составить не менее 20 тыс. тонн.

Мини-реактор Lockheed

Все это и послужило основой для большинства претензий к работам группы МакГвайра. "Самой слабой частью проекта Lockheed Martin остается технология... Плазму просто не смогут вместить в такие малые размеры", — отмечает Томас Шмидт.

В Lockheed Martin небольшой размер своего детища, наоборот, считают главным преимуществом. Дело в том, что, по словам Томаса МакГвайра, Skunk Works удалось, используя результаты 60 лет термоядерных исследований, разработать ловушку для плазмы новой конфигурации. Он утверждает, что это позволит уменьшить размер реактора на 90% по сравнению с остальными прототипами. Соответственно, разработка каждого нового экспериментального устройства требует гораздо меньше ресурсов и занимает не более года. На создание первого функционирующего прототипа МакГвайр отводит пять таких циклов — реактор, в котором термоядерная реакция продлится хотя бы 10 секунд при отключенных внешних источниках энергии, должен появиться к 2019 году.

Несмотря на скепсис ученого мира, презентация Lockheed Martin произвела внушительное впечатление на бизнес. После нее акции компании всего за пару недель вышли на пик своих биржевых показателей, их котировки превысили $185 и продолжают расти, хотя еще в начале года они стоили около $150. В ценные бумаги Lockheed Martin вкладывают те, кто поверил в обещание Томаса МакГвайра через 10 лет "отправить на свалку истории нефть и газ".

В будущее термоядерного синтеза поверили не только рядовые инвесторы. Технологиями, которые раньше казались фантастическими и разрабатывались только учеными, после презентации Lockheed Martin всерьез заинтересовался крупный бизнес. К примеру, спустя несколько дней после выступления МакГвайра в ITER заявили, что к ним обратились представители нескольких корпораций с предложением "помочь с финансированием". По неофициальной информации — в обмен на "участие в патентах". Примерно то же Фокусу сказали и в Lawrence Livermore National Laboratory, хотя и отказались назвать суммы, о которых шла речь.

• Читайте также: Back in USSR. Чем грозит России нынешний обвал цен на нефть

Как это ни парадоксально, но теперь не столь важно, сможет ли американская компания предоставить миру работающий реактор. Гораздо важнее, что частный капитал явно разглядел смысл инвестирования в эту сферу и подключился к созданию искусственного Солнца на Земле.