пятница, июня 19, 2009

Термоядерная энергетика

Около месяца назад я была на выступлении сэра Кристофера Ллевеллина Смита по термоядерной энергетике. После этого меня народ с интересом расспрашивал что да как, так что решила изложить всё это в блоге, чтобы не повторяться. Я, пожалуй, подсокращу его имя, пускай будет просто Смит.

Лекция состоялась в здании ФИАН, вход был бесплатный для всех желающих. Народу было много, в основном молодежь. Сзади меня общались какие-то ребята.
-Смотри сколько симпатичных девушек.
(Девушек, кстати, действительно было довольно много).
-Да...
-Значит они существуют.
-Да...
На доказательстве существования симпатичных девушек, интересующихся физикой, они успокоились. Математики, наверное ;-).

"Уважаемые товарищи!" - неожиданно начал Смит. Дальше было вступление на русском, но с сильным английским акцентом. Он работал некоторое время в ФИАНе, поэтому русский знает. С большим уважением говорил об ученых, с которыми там работал. После вступления он уже говорил по-английски.

Весь его рассказ целиком есть на Элементах (по ссылке текст, не видео), картинку я взяла оттуда. Здесь я расскажу всё то же самое только значительно короче.
Нефть и уголь у нас когда-нибудь да закончатся, поэтому надо что-то думать. Энергии нам надо 15,7 тераватт. Ветер, солнце и прочие экологически чистые источники энергии дадут нам максимум 6. Очевидно, не хватает.
Очень хочется получать побольше энергии от Солнца. Энергии от него идет огромное количество, но непонятно как эту энергию а)уловить б)сохранить и в)передавать. То есть вообще ничего непонятно. Нет, как-то сейчас это удается делать, но КПД там смешной получается. Работы в этом направлении продолжаются.
Смит предлагает нам другой путь. А именно электростанции на основе термоядерной реакции (AKA ядерная реакция синтеза). В процессе ядерного синтеза легкие атомные ядра сливаются более тяжелые и выделяется энергия. Удобно для этой реакции использовать изотопы водорода, дейтерий и тритий. Чтобы инициировать реакцию надо нагреть газ из смеси дейтерия и трития до 100 миллионов градусов. Есть попытки добиться холодного ядреного синтеза, то есть, чтобы реакция ядерного синтеза шла при комнатной температуре. Смит сказал, что это всё научная фантастика и холодный ядерный синтез невозможен.
Надо довольно мало легко доступного сырья, чтобы получить огромное количество энергии. Смит привел красивый пример. Из одной ванны воды (45 литров, оттуда мы берем водород) и одной батарейки для ноутбука (там есть литий, нужный для получения трития) можно получить столько же энергии сколько из 70 тонн угля. Полученной энергии хватит одному человеку на 30 лет.
Термоядерная электростанция в основе своей имеет Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками), его конструкция была разработана в СССР еще в далеком 1951 году.


Есть построенная работающая экспериментальная установка JET. Однако проблема в том, что термоядерную электростанцию нельзя сделать маленькой. Потому что отношение затрачиваемой и получаемой энергии возрастает по меньшей мере пропорционально квадрату линейных размеров установки. То есть надо сделать здоровую. И стоить это будет немерено. Сейчас делают ITER, который хотят сделать больше. Строить и экспериментировать собираются лет 40. Финансировать ее собирались несколько государств, но вот США уже перехотели, например.
Бизнесмены этим проектом не интересуются. Горизонт в 40 лет как-то никого не интересует, ну и непонятно как сохранить тут интеллектуальную собственность. Вернее, понятно, что никак.

Проблема еще в том, что термоядерные, что атомные электростанции в сознании людей это одно и то же самое. И первые ассоциации, которые с этим возникают - это Чернобыль и мутанты, а отнюдь не дешевая энергия в неограниченных количествах. Вообще термоядерная электростанция гораздо более экологически безопасная, чем атомные станции. Поскольку в процессе самой реакции не образуется радиоакативных отходов. Однако радиоактивные вещества там все-таки присутствуют. И при катастрофе какой-нибудь они выползут наружу. Там немного, но люди, конечно, волнуются.

В заключении немного об организации лекции. Отлично все было организовано. Была регистрация, но никакой давки. Печатные материалы хорошего качества. Просторный чистый зал, вежливые девушки.
Прекрасный перевод (а переводить это всё было очень сложно, в конце лекции задавали много весьма нетривиальных вопросов). Переводчик из кожи вон лез, чтобы перевести все корректно. Наушники для синхронного перевода раздавали всем желающим.

Ссылки по теме:
Официальный сайт проект ITER
Авария на Чернобыльской АЭС
Kardashev scale

9 коммент.:

Анонимный комментирует...

"Финансировать ее собирались несколько государств, но вот США уже перехотели, например."

США вышли из проекта в 1998 г. и вернулись в 2003 г. - http://www.iter.org/proj/Pages/ITERMilestones.aspx

nik

Алёна комментирует...

Я вот тут прочла: США в 2008 году вообще отказались финансировать все дальнейшие разработки, связанные с ITER.

Гонят?

Анонимный комментирует...

Если можно оставаться в проекте и прекратить финансирование на год(?) или урезать его, то тогда может и правда. На официальном сайте об этом ничего не нашел (в milestones июнем 2008 г. помечена веха "встреча семи участников проекта" - семь, значит, с США). В Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/ITER) тоже о выходе США из проекта ничего нет.

nik

Abu комментирует...

Вспомнились суровые статьи про токамак в =Науке и жизни= за 80-е годы и полуфантастичные в =Технике молодежи=. Оказывается - почти ничего не изменилось и сегодня - слово в слово, разве что литиевые батарейки для ноутов выглядят слегка инопланетно. (:

А, мб, Штаты вышли из проекта потому, что сами хотят все сделать?

Анонимный комментирует...

"Вообще термоядерная электростанция гораздо более экологически безопасная, чем атомные станции. Поскольку в процессе самой реакции не образуется радиоакативных отходов."

Это некоторое заблуждение. Т.е., хорошо то, что термоядерный реактор при разрушении плазменного шнура (из-за разгерметизации корпуса или ещё чего) точно работать не будет.

Однако: в токамаке JET идёт реакция D+T -> He, из дейтерия (протон+нейтрон) и трития (протон + 2 нейтрона) делается гелий (2 протона + 1-2 нейтрона).

Соответственно, летят лишние нейтроны, уносящие львиную долю энергии. Это, для человека, наиболее опасный вид излучения (нейтрон эффективно рассеиваится на водороде, выбивая его из белков - очень эффективно разрушая их).

Т.о. имеем ещё не решённую проблему "первой стенки" - как захватить эти нейтроны.

Т.е. в первичном виде, JET - ужасный источник крайне опасного излучения.

Анонимный комментирует...

Ну, и традиционное - при нормальной работе реактора, радиационный фон вблизи АЭС ниже фона вблизи угольной ТЭС (нет груд зольных шлаков с естественными радиоактивными элементами).

Анонимный комментирует...

И, опять, касательно Токамаков. Нужно решить проблему первой стенки (захват нейтронов реакции + проблема распада этих нейтронов в стенке - образуется водород, портящий материал стенки). После этого, возникнет проблема импульсного характера Токамака как ЭС: процесс выработки электроэнергии - один цикл это: создаётся плазменный шнур, следует термоядерный взрыв, собираются результаты, вырабатывается электроэнергия. Т.е. это очень сильный импульс, потом пауза, опять импульс, опять пауза.

Т.е. ждать ещё 25 лет :-).

adx комментирует...

Производство и потребление энергии в принципе не могут быть экологически чистыми. Тот же термоядерный реактор - источник сильнейшего теплового загрязнения окружающей среды. При таких аппетитах к потреблению энергии, Землю ждет экологическая катострофа в любом случае, независимо от "экологичности" используемых источников.
Лучше бы сосредоточили усилия на создании технологий, которые бы позволяли _тратить_ как можно меньше энергии.

Анонимный комментирует...

по моим расчетам, основанным на данных всемирного банка по потреблению электроэнергии на душу населения, земляне потребляют 2.31 ТВт электроэнергии.