У меня довольно полное представление об огромных проблемах, необходимых для создания коммерческой термоядерной энергетики. Вот почему я более оптимистично отношусь к ядерному делению в расплавленной соли. Я пытаюсь объяснить это в двух видео. Однако это сложная тема. Я постараюсь изложить это максимально ясно и кратко здесь.
Как далеко в коммерческом ядерном синтезе?
Я считаю, что технологические прорывы все еще необходимы. В последние десятилетия в работах по ядерному синтезу доминировали проекты Токомак (ИТЭР, JET, южнокорейский Токомак и китайский Токомак). Токомаки удерживают плазму ядерного синтеза в магнитном поле в форме пончика. Проектам требуются годы, чтобы перерасти в попытки создать термоядерный синтез в течение нескольких секунд, и этот синтез примерно в 1000 раз отличается от реальной полезной энергии.
Есть много способов попытаться разработать ядерный синтез для производства энергии. Одно значение начинается чтобы рассказать нам, насколько близок эксперимент по синтезу к чистой мощности: тройной продукт синтеза. Тройной продукт представляет собой произведение трех атрибутов термоядерной плазмы:
n плотность ионов в плазме (ионы/куб.м)
T температура этих ионов (кэВ2)
τE время удержания энергии (секунды)
Реакция синтеза с самым низким (или наиболее достижимым) порогом тройного продукта — это синтез дейтерия и трития (DT), двух изотопов водорода. Термоядерная электростанция, работающая на DT-топливе, будет иметь тройное произведение около 5×10^21 м-3 кэВ с или больше. Есть многие другие требования к коммерчески жизнеспособной электростанции но тройной продукт является минимальной технической вехой.
Приятным свойством тройного продукта является то, что он не зависит от конкретной схемы, используемой для создания термоядерной плазмы, поэтому его можно использовать для сравнения производительности различных подходов к термоядерному синтезу. Это значимая величина в схемах магнитного удержания (токамаки, стеллараторы), схемах инерциального удержания (лазерный синтез) и магнито-инерционных схемах (MagLIF, сжатие FRC).
Многомиллиардный экспериментальный реактор JET (Joint European Torus) работает уже несколько десятилетий. Я думаю, что это было около 100 миллионов евро в год или больше для его финансирования. В марте 2019 года правительство Великобритании и Европейская комиссия подписали продление контракта с JET. Это гарантировало работу JET до конца 2024 года, независимо от ситуации с Brexit. В декабре 2020 года началась модернизация JET с использованием трития в рамках его вклада в ИТЭР. 21 декабря 2021 года JET произвел 59 мегаджоулей, используя дейтериево-тритиевое топливо, поддерживая синтез в течение пятисекундного импульса, побив свой предыдущий рекорд в 21.7 мегаджоулей с Q = 0.33, установленный в 1997 году. Стивен Кривит указывает, что для этого потребовалось около 700 мегаватт энергии. электроэнергии для производства 59 мегаджоулей за пять секунд. Q = 0.33 составляет 33% от энергия в и из плазмы. 700 мегаватт для питания этого в течение пяти секунд будет около 3.5 миллиарда джоулей, чтобы получить 59 мегаджоулей из плазмы. Мощность стены примерно в 60 раз меньше, и тогда мощность плазмы нужно будет преобразовать обратно в электричество. Это относится к более честным цифрам от LPP fusion. Эксперименты по термоядерной энергии составляют одну тысячную процента от общего количества потребляемой электроэнергии по сравнению с потребляемой.
В мире всего 25 тонн трития. Это не происходит естественным образом. Для термоядерного реактора DT (дейтерия и трития), вырабатывающего гигаватт, потребуется около 150 тонн трития в год. В настоящее время тритий производится на тяжеловодных ядерных реакторах CANDU (Канада).
Планы термоядерного реактора DT должны предусматривать воспроизводство большого количества трития. Это означает создание большого количества дешевых нейтронов для эффективного преобразования лития в тритий. Это все равно, что сказать, что у нас будет план ядерного деления, чтобы производить большое количество плутония. Плутоний не встречается в природе, но вы можете получить его, вступив в реакцию с ураном-238 с нейтронами. Уран-238 составляет 94% того, что люди называют ядерными отходами. Уран-238 составляет около 99.3% встречающегося в природе урана и 97% нынешних свежих ядерных топливных стержней.
Страна, которая может генерировать много дешевых нейтронов для производства большого количества трития, будет означать, что эта страна также может производить много плутония. Любая страна, которая может производить много плутония, может сделать много ядерных бомб деления.
На самом деле я относительно согласен с этим, потому что я думаю, что ядерные бомбы расщепления устареют. Мир продвинется к гораздо более совершенным технологиям в космосе и энергетике, тогда разрушительная сила ядерных бомб перестанет быть военно-стратегической и станет менее важной в военном отношении. Это не означает, что распространение следует поощрять. Следует предпринять шаги, чтобы не быть глупыми, но мир, обладающий ядерным оружием для получения энергии и космического движения, будет означать мир, в котором ядерное оружие будет относительно тривиальным. Они станут как коктейли Молотова.
Успешное развитие ядерного синтеза для получения энергии должно выйти за пределы всего этого небольшого уровня текущей мощности, генерируемой по сравнению с используемой мощностью, и сделать это экономично. Проекты Токомак должны неявно генерировать эту чистую положительную мощность, удерживая плазму годами, а не секундами. Мне нравятся проекты ядерного синтеза, которые планируют не содержать плазму. В этих проектах используется импульсная энергия. Они ненадолго (крошечные доли секунды) создают условия синтеза и пытаются получить огромное количество энергии и вывести ее без использования турбины. Использование турбины означает поддержание термоядерного синтеза, такого как атомные электростанции, которые теперь работают как угольные электростанции. Турбины работают с большим количеством поддерживаемого тепла. Подумайте о массивных сдерживаемых угольных пожарах.
LPP Fusion — это небольшая компания, которая пытается заняться передовым ядерным синтезом и имеет финансирование всего в несколько миллионов долларов. Однако по процентному соотношению входной мощности к проценту выходной мощности они очень близки к большому JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE пытаются использовать формы импульсного синтеза. См. верхнее изображение в этой статье. Основные моменты плана LPP Fusion приведены ниже.
Я также предпочитаю проекты, посвященные продвинутым термоядерным реакциям. 1 миллиард градусов вместо 100 миллионов градусов.
Вот изображение таблицы отслеживания моего проекта по ядерному синтезу.
Вот несколько слайдов из LPP Fusion.
Брайан Ван - идейный лидер футуризма и популярный научный блоггер с 1 миллионом читателей в месяц. Его блог Nextbigfuture.com занимает первое место среди новостных научных блогов. Он охватывает многие прорывные технологии и тенденции, включая космос, робототехнику, искусственный интеллект, медицину, биотехнологию против старения и нанотехнологии.
Известный тем, что выявляет передовые технологии, он в настоящее время является соучредителем стартапа и сборщиком средств для компаний с высоким потенциалом на ранней стадии. Он является руководителем отдела исследований ассигнований на инвестиции в глубокие технологии и ангел-инвестором в Space Angels.
Часто выступая в корпорациях, он был спикером TEDx, спикером Университета сингулярности и гостем на многочисленных интервью для радио и подкастов. Он открыт для публичных выступлений и консультирования.
