Ядерный синтез: не верьте шумихе!

Совершив значительный научный и инженерный прорыв, исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в районе залива недавно достигли долгожданной цели — создать реакцию ядерного синтеза, которая произвела больше энергии, чем было непосредственно введено в крошечный корпус реактора. Уже на следующий день эксперты самых разных политических кругов расхваливали этот прорыв как предвестник новой эры в производстве энергии, предполагая, что будущее безграничной термоядерной энергии с низким уровнем воздействия, возможно, наступит через несколько десятилетий. В действительности, однако, коммерчески жизнеспособный ядерный синтез лишь бесконечно мало ближе, чем это было в 1980-х годах, когда впервые была достигнута замкнутая термоядерная реакция, т. е. не происходящая на солнце или в бомбе.

Хотя большинство честных писателей, по крайней мере, признали препятствия на пути коммерческого синтеза, они, как правило, все еще недооценивают их — как сегодня, так и в 1980-х годах. Нам говорят, что реакция синтеза должна происходить «много раз в секунду», чтобы произвести пригодное для использования количество энергии. Но выброс энергии из термоядерного реактора LLNL на самом деле длился всего одну десятую наносекунды — это десятимиллиардная доля секунды. По-видимому, другие реакции синтеза (с чистой потерей энергии) протекали в течение нескольких наносекунд, но воспроизводят эту реакцию через миллиард раз каждая секунда — это далеко за пределами того, что исследователи даже предполагают.

Нам говорят, что реактор произвел примерно в 1,5 раза больше энергии, чем было введено, но это учитывает только лазерную энергию, которая фактически ударила по корпусу реактора. Энергия, необходимая для создания температур свыше ста миллионов градусов, была произведена группой из 192 мощных лазеров, для чего требовалось много времени. более чем в 100 раз больше энергии работать. В-третьих, нам говорят, что ядерный синтез когда-нибудь освободит огромные площади земли, которые в настоящее время необходимы для эксплуатации солнечных и ветряных энергетических установок. Но весь комплекс должен был вместить 192 лазера и все остальное. необходимое контрольное оборудование было достаточно большим, чтобы вместить три футбольных поля, хотя реальная реакция синтеза происходит в золотом или алмазном сосуде размером меньше горошины. Все это только для того, чтобы генерировать эквивалент примерно 10-20 минут энергии, которая используется типичным небольшим домом. Очевидно, что даже самые недорогие солнечные системы на крыше уже могут делать гораздо больше. А группа профессора Марка Джейкобсона из Стэнфордского университета подсчитала, что полное преобразование энергии ветра, воды и солнца может потребовать столько же земли, сколько в настоящее время занято мировой инфраструктурой, работающей на ископаемом топливе.

Карл Гроссман, давний ядерный критик, писал об Встречный удар в последнее время многие вероятные препятствия для увеличения масштабов термоядерных реакторов, даже в принципе, включая высокую радиоактивность, быструю коррозию оборудования, чрезмерную потребность в воде для охлаждения и вероятный выход из строя компонентов, которые должны работать при непостижимо высоких температурах и давлениях. Его основным источником информации по этим вопросам является д-р Дэниел Джассби, возглавлявший новаторскую лабораторию термоядерных исследований в Принстоне в течение 25 лет. Лаборатория Принстона вместе с исследователями из Европы руководила разработкой более распространенного устройства для проведения реакций ядерного синтеза, сосуда в форме пончика или сферической формы, известного как токамак. Токамаки, которые содержат гораздо большие объемы сильно ионизированного газа (на самом деле плазмы, принципиально другого состояния вещества), достигли значительно более объемных термоядерных реакций за несколько секунд за раз, но никогда не приближались к производству большего количества энергии, чем инжектируется. в реактор.

Лазерная термоядерная реакция, достигнутая в LBL, произошла в лаборатории под названием National Ignition Facility, которая рекламирует свою работу по термоядерному синтезу для получения энергии, но в основном занимается исследованиями ядерного оружия. Проф. М.В. Рамана из Университета Британской Колумбии, чья недавняя статья была размещена на вновь возрожденном Zсеть, объясняет: «NIF был создан как часть Научно обоснованной программы управления запасами, которая была выкупом, выплаченным американским ядерным оружейным лабораториям за отказ от права на испытания после того, как Соединенные Штаты подписали Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний» в 1996 году. — это «способ продолжения инвестиций в модернизацию ядерного оружия, хотя и без взрывных испытаний, и превращение его в средство производства «чистой» энергии». Рамана цитирует статью 1998 года, в которой объясняется, как одной из целей экспериментов по лазерному синтезу является попытка разработать водородную бомбу, для поджигания которой не требуется обычная бомба деления, что потенциально устраняет необходимость в высокообогащенном уране или плутонии в ядерном оружии.

В то время как некоторые авторы предсказывают будущее ядерных термоядерных реакторов, работающих на морской воде, фактическое топливо как для токамаков, так и для экспериментов по лазерному синтезу состоит из двух уникальных изотопов водорода, известных как дейтерий, в ядре которого есть дополнительный нейтрон, и тритий с двумя дополнительными нейтронами. нейтроны. Дейтерий стабилен и несколько распространен: примерно один из каждых 5-6000 атомов водорода в морской воде на самом деле является дейтерием, и он является необходимым ингредиентом (как компонент «тяжелой воды») в обычных ядерных реакторах. Однако тритий радиоактивен, его период полураспада составляет двенадцать лет, и обычно он является дорогостоящим побочным продуктом (30 000 долларов за грамм) ядерного реактора необычного типа, известного как CANDU, который сегодня в основном используется в Канаде и Южной Корее. Поскольку половина действующих реакторов CANDU будет выведена из эксплуатации в этом десятилетии, доступные запасы трития, вероятно, достигнут пика до 2030 года, а новая экспериментальная термоядерная установка, строящаяся во Франции, почти исчерпает имеющиеся запасы в начале 2050-х годов. Таков вывод весьма показательной статьи, опубликованной в Наука журнал в июне прошлого года, за несколько месяцев до последнего прорыва в термоядерном синтезе. В то время как Принстонская лаборатория добилась определенного прогресса в потенциальной переработке трития, исследователи термоядерного синтеза по-прежнему сильно зависят от быстро сокращающихся запасов. Также разрабатываются альтернативные виды топлива для термоядерных реакторов на основе радиоактивного гелия или бора, но для запуска реакции синтеза требуется температура до миллиарда градусов. Европейская лаборатория планирует экспериментировать с новыми способами получения трития, но они также значительно увеличивают радиоактивность всего процесса, и ожидается прирост трития всего от 5 до 15 процентов. Чем больше время простоя между экспериментальными запусками, тем меньше трития будет производиться. Статья в Science цитирует Д. Джассби, бывшего сотрудника Принстонской термоядерной лаборатории, который говорит, что проблема с поставками трития, по сути, «делает невозможным создание термоядерных реакторов трития-дейтерия».

Так почему же все это внимание к воображаемому потенциалу термоядерной энергии? Это еще одна попытка тех, кто считает, что только мегамасштабный, высокотехнологичный подход может быть жизнеспособной альтернативой нашей нынешней энергетической инфраструктуре, зависящей от ископаемого топлива. Некоторые из тех же интересов продолжают продвигать ложные заявления о том, что «новое поколение» ядерных реакторов решит постоянные проблемы с ядерной энергетикой или что массовое улавливание и захоронение двуокиси углерода от электростанций, работающих на ископаемом топливе, позволит увековечить экономику, основанную на ископаемом топливе, в далеком будущем. Систематическое рассмотрение этих утверждений выходит за рамки этой статьи, но ясно, что сегодняшние обещания нового поколения «усовершенствованных» реакторов мало чем отличаются от того, что мы слышали еще в 1980-х, 90-х или начале 2000-х годов.

Разоблачитель атомной энергетики Арни Гундерсен систематически разоблачал недостатки «новой» конструкции реактора, которую в настоящее время предпочитает Билл Гейтс, объясняя, что лежащая в основе технология с натриевым охлаждением такая же, как и в реакторе, который «чуть не потерял Детройт» из-за частичного расплавления еще в 1966 г. и неоднократно вызывал проблемы в Теннесси, Франции и Японии. Французская ядерно-энергетическая инфраструктура, которую долгое время рекламировали как модель будущего, все больше страдает от проблем с оборудованием, огромного перерасхода средств и того, что некоторые источники охлаждающей воды перестали быть достаточно прохладными из-за повышения глобальной температуры. Попытка экспортировать французские ядерные технологии в Финляндию заняла более чем на двадцать лет больше, чем предполагалось, и во много раз превысила первоначальную предполагаемую стоимость. Что касается улавливания углерода, мы знаем, что бесчисленные высоко субсидируемые эксперименты по улавливанию углерода потерпели неудачу и что подавляющее большинство выбросов CO₂ в настоящее время извлекаемый из электростанций используется для «повышенной нефтеотдачи», т.е. повышения эффективности существующих нефтяных скважин. Трубопроводы, которые потребуются для фактического сбора CO₂ и закопать его под землю было бы сопоставимо со всей существующей инфраструктурой для транспортировки нефти и газа, и идея постоянного захоронения, вероятно, окажется несбыточной мечтой.

Между тем, мы знаем, что строительство новых солнечных и ветряных электростанций уже обходится дешевле, чем новые электростанции, работающие на ископаемом топливе, а в некоторых местах даже дешевле, чем продолжение эксплуатации существующих электростанций. В мае прошлого года Калифорния смогла на короткое время перевести всю свою электросеть на возобновляемые источники энергии, что уже достигнуто в Дании и Южной Австралии. И мы знаем, что различные методы хранения энергии в сочетании со сложным управлением нагрузкой и модернизацией инфраструктуры передачи уже помогают решить проблему перебоев в подаче солнечной и ветровой энергии в Европе, Калифорнии и других местах. В то же время растет осведомленность о растущей зависимости возобновляемых технологий, включая передовые батареи, от полезных ископаемых, добываемых на землях коренных народов и на глобальном Юге. Таким образом, по существу справедливый энергетический переход должен быть полностью возобновляемым, а также отвергать мифы о вечном росте, возникшие в эпоху ископаемого топлива. Если конец эры ископаемого топлива предвещает конец капиталистического роста во всех его формах, ясно, что все живое на Земле в конечном итоге выиграет от этого.