Три миллиарда градусов надежды на прорыв в слияниях
Недавно австралийские исследователи объявили о прорыве в разработке термоядерного реактора. Их конструкция, основанная на водородно-борном синтезе, решает известные проблемы построения термоядерного энергетического реактора. Команда предложила использовать мощные лазеры вместо нагрева дейтериево-тритиевого топлива при экстремально высоких температурах.
Команда Университета Нового Южного Уэльса работает давно. В 2017 году мы цитировали руководителя группы Генриха Хора (1) в «МТ»: «С инженерной точки зрения наш подход будет намного проще, а поскольку топливо и отходы безопасны, реактору не понадобится теплообменник и паротурбинный генератор, а необходимые лазеры можно купить на рынке».
Реакция синтеза водорода и бора H-11B является анейтронной., то есть не требует работы нейтронов или их производства. Другими словами, он не радиоактивен. Он также не требует радиоактивного топлива и не производит радиоактивных отходов.
В отличие от большинства других методов производства энергии, здесь не нужны ни теплообменники, ни паровые турбины, он высвобождает энергию почти напрямую в виде электричества. Сложные конструкции реакторов, такие как токамаки или стеллараторы, не требуются. «Отходный» продукт — безвредный гелий. И входные, и выходные продукты нетоксичны. Согласно проф. Генрих Хора, «реакция 12 мг топлива в виде бора может дать более 1 ГДж энергии».
В «нормальном» процессе синтеза используются сильно сжатые ядра дейтерия и трития. Для создания высокого давления требуется много энергии. Использование водорода и бора означает, что топливо не нужно так сильно «сжимать». В результате процесс требует гораздо меньше энергии для запуска.
Для реализации концепции и создания прототипа был создан стартап под названием HB11 (это также аббревиатура процесса реакции водородно-борного синтеза). По словам Генриха Хора, конструкция реактора представляет собой прежде всего полый металлический шар, оснащенный двумя мощными лазерами, в который можно поместить небольшую топливную таблетку HB11. Один лазер будет генерировать магнитное поле для торможения плазмы, а другой запускает «лавинную» цепную реакцию синтеза (2). Проектирование реактора нового типа было выполнено проф. Хора недавно запатентовали.
2. Принцип работы реактора бороводородного синтеза
Развитие лазерных технологий дало надежду
На протяжении десятилетий профессор Хора разрабатывал и продвигал альтернативу традиционным токамакам и новые проекты, такие как звездный (нем. Wendelstein 7-X) метод достижения эффективной термоядерной реакции. В его основе лежит синтез водорода с изотопом бора 11В, записываемый следующим образом:
Однако отсутствие передовых лазеров долгое время удерживало идеи профессора Хора и других ученых, предлагавших синтез водорода и бора, в чисто теоретической сфере. Ситуация резко изменилась после изобретения в 1985 году лазерной технологии под названием «Усиление чирпированного импульса» (CPA). CPA не только привела к разработке мощной лазерной технологии, в конечном итоге присудив ее изобретателям Нобелевскую премию по физике 2018 года, но и выполнила требования Хоры для достижения HB11.
Мощность доступных лазеров росла в геометрической прогрессии в течение нескольких лет, так что достижение водородно-борного синтеза кажется близким, что не означает, что реактор такого типа будет построен в течение года или двух. Обсуждаемые временные масштабы составляют минимум дюжину или около того лет.
Стоит добавить, что, помимо австралийцев, уже несколько лет две компании Tri Alpha Energy и LPPFusion работают над мини-термоядерными реакторами, использующими в качестве топлива водородно-борную смесь (ПБ), не производящую нейтроны. . К этим проектам подключился и концерн Google, разработавший компьютерный алгоритм Optometrist для снижения потерь энергии в реакторе Tri Alpha Energy вдвое.
Ядерный синтез на смеси водорода и бора (PB) осуществить труднее, чем синтез дейтерия и трития (DT) в токамаках, потому что он требует гораздо более высокой температуры. Tri Alpha Energy ожидает, что температура плазмы в ее реакторе достигнет примерно 3 миллиардов градусов по Кельвину, что более чем в двести раз выше, чем температура в центре Солнца. Tri Alpha Energy и Google будут использовать суперкомпьютер с экзафлопсной вычислительной мощностью и алгоритм Optometrist (рассчитывающий процессы стабилизации плазмы) для разработки термоядерного реактора.
Стремление к эффективному и управляемому термоядерному синтезу имеет долгую историю. Ученые много раз «приветствовали гуся» только для того, чтобы ломать голову над проблемами, которые они не могли решить. Остается, таким образом, относиться скептически, желая успеха синтезу полимороуглеродов. Может быть полезен в этой области.
Смотрите также:
