Стивен Коули: синтез – энергия будущего

Главный вопрос: "Когда мы получим ядерный синтез?" О ядерном синтезе нам известно достаточно долгое время. Мы знаем о синтезе с 1920 года, когда Сэр Артур Стэнли Эддингтон в Британской Ассоциации содействия развитию науки выдвинул гипотезу о том, что ядерный синтез является первопричиной солнечного света.

Меня всегда сильно волновал вопрос ресурсов. Не знаю как было у вас дома, но когда моя мама клала мне еду, я всегда разделял то, что мне не нравилось от того, что мне нравилось. Сначала я съедал то, что мне не нравилось. Ведь то, что нравится, хочется сохранить на потом. В детстве человек всегда волнуется по поводу ресурсов. И как только мне стало известно, что мировые запасы расходуются очень быстро, я начал сильно беспокоиться. Примерно так же сильно, как когда я понял, что Земля проживет всего около 5 миллиардов лет и будет поглощена Солнцем. Это были для меня большие события в жизни … Да, странный я был ребенок. (Смех)

В настоящее время главный вопрос энергетики – это вопрос энергетических ресурсов. Страны, зарабатывающие на энергии большие деньги, это те, у которых в недрах кое-что есть. Уголь был топливом промышленной революции в Великобритании, нефть, газ... Извините. (Смех) Газ... Я, наверное, единственный, кто радуется когда господин Путин перекрывает подачу газа, потому что после этого мне увеличивают бюджет на исследования.

Мы очень сильно зависим сейчас именно от того, что расходуем всё быстрее, и быстрее. И по мере того, как мы пытаемся улучшить условия жизни в странах третьего мира, в развивающихся странах, мы расходуем энергию быстрее и быстрее. И эти ресурсы исчезают навсегда. Будущий способ производства энергии основан не на ресурсах, а на знаниях. Если заглянуть на 50 лет вперед, то энергию, скорее всего, мы будем получать одним из этих трех способов. [Синтез. Расщепление. Солнце] Немного ветра, немного других источников, но эти три способа останутся основой технологии.

Солнечная энергия очень важна и нам обязательно нужно ее разрабатывать. Но наших знаний ещё явно недостаточно для того, чтобы сделать солнечную энергию основным источником мирового масштаба. Расщепление атома. Правительство Великобритании вводит в строй 6 новых АЭС. Шесть атомных электростанций сейчас и, возможно, ещё больше потом. Китай строит атомные электростанции. Все строят. Потому что все знают, что это один из проверенных способов получения экологически чистой энергии.

Но давайте спросим, что такое –идеальный источник энергии? Идеальный источник энергии – это тот, что не требует много места, практически неисчерпаем, безопасен, не выбрасывает углекислый газ в атмосферу, не оставляет подолгу неразлагающиеся радиоактивные отходы. Это – ядерный синтез. Но тут есть подвох. В подобных случаях всегда есть подвох. Ядерный синтез очень трудно осуществить. Нашим попыткам вот уже 50 лет.

Что же такое ядерный синтез? Придется поговорить о ядерной физике. Прошу прощения, если я, как обычно, на этом заведусь. (Смех) Я вам говорил, каким я был странным ребенком. Ядерная энергия появляется по очень простой причине. Наиболее стабильное ядро – это ядро железа, прямо в центре периодической таблицы. Это ядро имеет средний размер. Для получения энергии нужно "двигаться" в направлении железа. Например, уран, очень большое ядро, имеет тенденцию к распаду. А маленькие атомы хотят объединяться. Маленькие ядра хотят объединяться, и, образовав ядра побольше, «двигаться» ближе к ядру железа.

Этим путём можно извлечь энергию. Именно это и происходит со звездами. В центре звёзд ядра водорода, объединяясь, образуют гелий, затем гелий образует углерод, и образует кислород. Все элементы, из которых мы состоим, созданы внутри звёзд. Но этот процесс трудно воспроизвести, потому что, как вы знаете, внутри звезды очень горячо, практически по определению. Но существует одна реакция пожалуй, самая простая из реакций синтеза. Это – реакция между двумя изотопами водорода, двумя типами водорода, дейтерием, т.н. «тяжелым» водородом, который можно получить из морской воды, и тритием, «сверхтяжелым» водородом.

Будучи на расстоянии, эти два ядра заряжены. Если заставить их приблизиться, они станут отталкиваться. Но если их всё же достаточно сблизить, то начинает доминировать т.н. сильное ядерное взаимодействие, которое притягивает их друг к другу. Итак, в обычном состоянии они отталкиваются, если же их заставить быть ближе и ближе, то в определенный момент сильное ядерное взаимодействие скручивает их вместе. На мгновение они образуют гелий-5, потому что внутри пять частиц.

Вот там показан процесс. Дейтерий [+] тритий дают гелий-5. Гелий расщепляется и излучает нейтрон; выделяется много энергии. Если удастся получить температуру примерно в 150 миллионов градусов, частицы будут перемещаться с такой скоростью, что при каждом их столкновении в нужной нам конфигурации, произойдёт реакция и высвобождение энергии. Эта энергия [сопровождает] ядерный синтез. Именно эту реакцию мы хотим осуществить.

И тут есть небольшая загвоздка. Конечно, одна загвоздка в том, чтобы создать температуру в 150 миллионов градусов, но и в самой реакции есть своя загвоздка. Да, температура неслабая. Загвоздка с самой реакцией в том, что трития в природе нет, и его нужно откуда-то получить. Получить его можно из лития. Реакция в нижней части слайда: литиум-6 плюс нейтрон дает ещё один гелий плюс тритий. Так и получается тритий. Но, к счастью, если удастся провести синтез, то появится нейтрон, а значит можно создать и тритий.

Так зачем нам в принципе этим заниматься? А вот, взгляните. Если построить диаграмму запасов оставшегося топлива, в единицах текущего мирового потребления, и посмотреть, то мы увидим, что нефти осталось на несколько десятков лет… кстати, синие столбики – это минимальный прогноз существующих ресурсов, а желтые столбики – наиболее оптимистичный прогноз.

Из этой диаграммы видно, что ископаемого топлива у нас осталось на десятки лет, ну, может быть, лет на 100. И, конечно же, мы не хотим сжечь его полностью, поскольку в атмосфере будет слишком много углекислого газа. Теперь обратимся к запасам урана. Имеющаяся на сегодня технология реакторов не оставляет надежд на достаточность запасов урана. Нам придется добывать уран из морской воды – желтые столбики показывают потенциальный объем – ради того, чтобы выжать из существующих сейчас АЭС как можно больше. Это несколько шокирует, поскольку правительство Великобритании рассчитывает на уран для выполнения требований Киотского протокола и прочих условий.

Чтобы двигаться дальше, нам придется использовать бридер, ядерный реактор-размножитель. Нынешняя технология т.н. быстрого размножения довольно опасна. Главный же козырь показан справа – мировые запасы лития. Литий имеется в морской воде. Объем показан желтым столбиком [справа]. В океане имеется топлива для синтеза на 30 миллионов лет. Он доступен всем. Вот почему мы занимаемся ядерным синтезом. Вопрос: насколько он экономически привлекателен? Мы провели оценку предполагаемых расходов на создание электростанции на ядерном синтезе. Расчеты дают цифры, не сильно отличающиеся от сегодняшних цен на электричество.

Как же создать её? Нужно достичь температуры в 150 миллионов градусов. И мы сделали вот что. Мы удерживаем эту штуку магнитным полем, при этом внутри этой формы тора, этого бублика, точно по центру 150 миллионов градусов. В центре поддерживается температура в 150 миллионов градусов. Мы действительно можем достичь синтеза. А вот [фотография проекта] JET, это недалеко [от Оксфорда]. Это единственное в мире устройство, реально достигшее реакции синтеза.

Когда мне говорят, что время для синтеза придет через 30 лет, и так будет всегда, я отвечаю: "Неужели? А мы уже его получили…". Мы можем получать синтез. В центре этого устройства мы в 1997 году выработали 16 мегаватт энергии синтеза. А в 2013 году мы собираемся завести его заново и побить все рекорды. Но это еще не производство энергии из синтеза. Это просто управление реакцией. Нам нужно на основе этого эксперимента создать реактор синтеза. Потому что для планеты нужно такое топливо, у которого запаса на 30 миллионов лет. Именно такое устройство мы строим сейчас.

Такого рода исследования очень дорого обходятся. Оказывается, провести синтез компактно, «на столе», невозможно, т.н. «холодный» синтез – пустые разговоры. Невозможно. Необходимо очень большое устройство. Больше половины человечества делает вклад в возведение такого устройства в южной Франции. Для проведения эксперимента, кстати, место приятное. Семь сторон участвуют в проекте. Стоимость - 10 миллиардов. Мы собираемся вырабатывать половину гигаватт энергии синтеза. Но это еще не электричество. Нам нужно вот что. Нам нужна электростанция. Для выработки электричества и подачи его в сеть необходима очень сложная техника. И я бы очень хотел, чтобы это произошло как можно скорее. Но пока мы рассчитываем где-то на 2030-е годы.

Жаль, что это так. Нам очень нужно это сейчас. В Великобритании проблемы с энергией начнутся в ближайшие пять лет, и 2030-й год выглядит бесконечно далёким. Но забросить работу мы не можем, нужно продвигаться вперед, нужно создать синтез. Конечно, хочется иметь побольше финансов, иметь побольше ресурсов, но наша настоящая цель такова: иметь примерно в 2030-х годах реальную электроэнергию на основе синтеза. Благодарю вас. (Аплодисменты)