Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, и, по мнению многих экспертов, так оно и есть: термоядерный реактор размером с грузовик, который обеспечивает достаточно энергии для всего маленького городка. На прошлой неделе американская компания Lockheed Martin попала в заголовки газет с идеей, что их мини-термоядерный реактор должен быть готов всего через десять лет. Если это удастся, это будет настоящий прорыв. Но ввиду огромных препятствий этой технологии и десятилетий безуспешных попыток международного исследовательского сообщества скептицизм оправдан.
Исследователи термоядерного синтеза мечтали об использовании синтеза атомных ядер в качестве нового источника энергии в течение добрых 50 лет и, таким образом, доставили на Землю источник энергии звезд. Однако все попытки реализации пока не увенчались успехом. Потому что для преодоления взаимного отталкивания атомных ядер необходимо чрезвычайно высокое давление и огромные температуры. В земных условиях термоядерный синтез загорается только при температуре более 100 миллионов градусов - температуре, которую не может выдержать ни один земной материал.
Проблема инклюзивности
Но термоядерная плазма должна быть плотно скреплена, чтобы атомные ядра столкнулись друг с другом и началась цепная реакция синтеза. Одним из решений являются сильные магнитные поля, которые можно использовать для управления заряженной плазмой. Текущие или планируемые испытательные установки используют либо кольцеобразное многослойное магнитное поле (метод токамака), либо скрученное магнитное поле, создаваемое катушками особой формы, подход стелларатора.
Пока, однако, ни одному из этих заводов не удалось запустить ядерный синтез и поддерживать его, несмотря на миллиарды инвестиций и десятилетия исследований. Хотя токамаки достигают требуемой температуры плазмы, они работают только импульсами и недостаточно сжимают плазму. Хотя стеллараторы производят достаточно плотную плазму, они нагреваются менее эффективно. На сегодняшний день ни одной системе не удалось произвести больше энергии, чем необходимо в нее вложить.
Компактный реактор: бутылка вместо кольца
Исследователи исследовательской группы Lockheed Martin Skunk Works теперь хотят решить эти проблемы - по крайней мере, в теории. «Наша компактная концепция сочетает в себе несколько различных подходов к магнитному удержанию, используя при этом лучшие части каждого из них», - сказал Том Макгуайр, директор программы термоядерного синтеза в Lockheed Martin. Насколько можно понять из опубликованной до сих пор скудной информации, магнитная клетка этого реактора не имеет кольцеобразной формы, как в большинстве современных экспериментальных реакторов.
Вместо этого Lockheed Martin использует две концепции первых дней исследований термоядерного синтеза: магнитную бутылку и магнитное зеркало. Электромагниты создают поле, которое усиливается к концам узкого реактора. Поскольку силовые линии магнитного поля там становятся все уже и уже, атомные ядра в плазме вращаются вокруг них все быстрее и быстрее, но они не двигаются дальше и в конце концов даже меняют свое направление. Это предотвращает выброс плазмы на концах «плоскости». «Вместо велосипедной шины у нас больше похоже на камеру, которая расширяется во все более толстую стенку», - объясняет Макгуайр в журнале Aviation Week.
Fusion Ignition анонсирован через пять лет
По данным компании, уже подано несколько патентов на технологию, и говорят, что первый испытательный реактор вдвое меньшего размера уже существует. Если сработает план по созданию и испытаниям тестового поколения каждый год, через пять лет должен быть готов прототип, который сделает решающий шаг: зажжет и поддержит ядерный синтез. «Это был бы момент Нобелевской премии», - говорит Макгуайр. Потому что эта точка еще не была достигнута ни в одной из тестовых систем. Lockheed Martin также признает, что до этого еще предстоит решить несколько проблем.
Через десять лет должен быть построен термоядерный реактор мощностью 100 мегаватт, который можно будет использовать в коммерческих целях и который сможет конкурировать с обычными электростанциями. Тогда он будет размером с грузовик, но сможет генерировать достаточно энергии для снабжения около 100 000 домохозяйств. По оценкам Lockheed, для одного года работы этого реактора потребуется около 25 кг топлива в виде дейтерия и трития.
Физики плазмы настроены скептически
Однако пока никаких технических подробностей не разглашается, что делает оценку заявлений практически невозможной. Lockheed объявила, что вскоре опубликует первые результаты испытаний и серий испытаний в рецензируемых журналах. Но до тех пор исследователи синтеза будут в основном в неведении.
Большинство плазменных физиков соответственно скептически относятся к объявлению о компактном термоядерном реакторе: «Надо очень скептически относиться к тому, выдержит ли все это дело после раскрытия деталей», - комментирует Стивен Дин из организация Fusion Power Associates на веб-сайте журнала Nature. Немецкое физическое общество также сообщает: «Время от времени ученые, занимающиеся плазмой, очень скептически относятся к предлагаемым альтернативным концепциям, которые обещают очень компактные системы».
Почему компактный реактор не работает
Предыдущие исследования показывают, что для реактора необходим определенный минимальный размер. Только тогда плазма может поддерживаться достаточно горячей. Если поверхность больше по отношению к объему, как, например, в заявленной компактной системе, адекватная теплоизоляция вряд ли возможна. Тогда для нагрева потребуется больше энергии, чем может быть получено при синтезе.
По словам физиков плазмы, хваленая комбинация концепций Lockheed Martin - магнитной бутылки и магнитного зеркала - не нова и не многообещающа. Существуют физические и технические причины, по которым эта комбинация точно не приведет к успеху, объяснил миру физик Карл Лакнер из Института физики плазмы им. Макса Планка в Гархинге.
Разработчики Lockheed Martin не будут первыми, кто сделает смелые заявления о быстро осуществимом слиянии, но затем не сможет их выполнить. Еще неизвестно, будет ли это чем-то большим, чем эффективная PR-кампания.