Слияние!

Недавний прорыв в экспериментальном термоядерном реакторе вызвал волну новостей, прокатившихся по основным СМИ. Писатели всех мастей воспевали, как это большой шаг вперед и как он приближает нас к «чистому, безопасному, почти безграничному» источнику энергии. Реальность, однако, немного более нюансирована.

Как всегда, то, что неустойчиво, не будет поддерживаться. Физика, часть свода правил Природы, работает на таких простых принципах. Это несложно: система должна производить больше (намного больше) энергии, чем ей нужно для поддержания себя, чтобы быть полезной в качестве источника энергии. Он должен производить избыточную энергию — неудивительно, что ученые, занимающиеся термоядерным синтезом, сделали это своей основной целью. Сообщается, что Национальный центр зажигания США (NIF), давший выдающийся результат , добился именно этого:

Установка использовала свой набор из 192 лазеров для подачи 2,05 мегаджоулей энергии на золотой цилиндр размером с горошину, содержащий замороженную таблетку изотопов водорода дейтерия и трития. Энергетический импульс лазера заставил капсулу разрушиться, достигнув температуры, наблюдаемой только у звезд и термоядерного оружия, а изотопы водорода слились в гелий, высвобождая дополнительную энергию и создавая каскад термоядерных реакций. Лабораторный анализ показывает, что в результате реакции было высвобождено около 3,15 МДж энергии — примерно на 54% больше, чем было потрачено на реакцию, и более чем вдвое превышает предыдущий рекорд в 1,3 МДж.

В переводе на человеческий язык: группа людей грубой силой подожгла миниатюрную водородную бомбу в испытательной камере (без использования атомной бомбы в качестве взрывателя). Настоящий подвиг! Вырабатывал ли он избыточную энергию? Черт возьми. Как и в том зловещем эксперименте семьдесят лет назад. Для справки спросите у жителей атолла Эниветок, насколько большой избыток энергии такого рода может выбрасывать кораллы в атмосферу.

Является ли это устойчивым источником энергии? Могут ли эксперименты, проведенные в НИФ, произвести непрерывный поток энергии вместо миниатюрного взрыва? Конечно нет. Они никогда не были предназначены для этого. Если вы внимательно прочитаете статью, то сможете узнать, какова была настоящая цель эксперимента:

Но результаты имеют особое значение в NIF: объект был разработан, чтобы помочь ученым-ядерщикам изучать сильное тепло и давление внутри взрывов, а это возможно только в том случае, если лаборатория производит высокоэффективные реакции синтеза. […] Большой вопрос сейчас заключается в том, что Министерство энергетики будет делать дальше: удвоить усилия по исследованиям оружия в НИФ или перейти к лазерной программе, ориентированной на исследования в области термоядерной энергии.

Не знаю, как вы, дорогой читатель, но слово «осевой» предполагает для меня, что весь этот эксперимент был на 100% военным исследованием, переосмысленным как прорыв в термоядерной энергетике… Другими словами: вместо поиска устойчивой энергии источник NIF нашел новый способ поджечь водородную бомбу.

Чтобы добиться устойчивой термоядерной реакции, вам понадобится сосуд, способный содержать плазму с температурой до 150 миллионов градусов. И тут начинается чесание голов. В не столь разрекламированном мире инженерной реальности термоядерный реактор — это энергетический пожиратель с турбонаддувом на стероидах. Чтобы предотвратить прожигание кожуха горячей плазмой с температурой в несколько миллионов градусов, реактор должен генерировать электромагнитное поле, достаточно сильное, чтобы удерживать чрезвычайно горячие частицы в центре реактора, подальше от его стенок.

ИТЭР , крупнейший и самый многообещающий термоядерный реактор в мире, также добьется этого с помощью сверхпроводящих магнитов, требующих постоянного охлаждения до температуры, близкой к абсолютному нулю. Одно только генерирование этого магнитного поля резко увеличивает счет за электроэнергию, не говоря уже о множестве другого оборудования, все вместе равно потреблению электроэнергии в городе среднего размера:

Потребность в электроэнергии для установки и объектов ИТЭР будет варьироваться от 110 МВт до 620 МВт в пиковые периоды продолжительностью 30 секунд во время работы плазмы.

Это не электрический чайник вашей бабушки: мы говорим о 365 МВт электроэнергии, потребляемой (в среднем) для 30-секундного фейерверка. Однако из этого количества только 50 МВт будет использовано для зажигания плазмы, остальное будет поглощено охлаждающей водой и криогенными системами. Однако, согласно сайту проекта , та незначительная часть потребления будет полностью исключена из целевого достижения:

ИТЭР рассчитан на получение в своей плазме десятикратной отдачи от мощности (Q = 10) или 500 МВт термоядерной мощности из 50 МВт входной мощности нагрева .

Если вы определяете успех так, как это сделали проектировщики ИТЭР, сосредоточив внимание на подаче тепла в тестовую камеру мощностью 50 МВт (исключая валовое потребление ВСЕГО оборудования, обеспечивающего жизнеобеспечение камеры), то да, вы, вероятно, могли бы положить этому конец и взять Деньги. Однако при честных расчетах ИТЭР обеспечит рентабельность вложенной энергии всего 1,37: 1 — в лучшем случае чуть выше уровня безубыточности. Это даже не считая энергии, необходимой для возведения подобной конструкции.

Проблема в том, что физику мало интересует то, что мы измеряем: устойчива либо вся система, либо ничего.

Если бы мы действительно серьезно относились к спасению этой цивилизации, а не действовали бы так, как будто у нас есть все время в мире, счастливо собирая гранды от правительств и заказы от военной промышленности, тогда мы бы производили расчеты валового входа и выхода. Тогда мы поймем, что одной-десяти целей по нагреву на входе и выходе будет явно недостаточно. Используя метрику, полученную в ходе текущих экспериментов, нам нужно было бы стремиться к чистому целевому показателю 500:1 (или 70:1 брутто), чтобы доказать, что мы можем, по крайней мере, соответствовать текущим характеристикам ядерного реактора . Если это кажется невозможным, то, может быть, так оно и есть — но тогда и нам не следует тратить на это время.

Добавьте к этому факты, что а) мы понятия не имеем, сможем ли мы поддерживать термоядерный синтез в течение часа, не говоря уже о дне, без полного разрушения оборудования (вероятно, нет), и б) ИТЭР не будет производить электричество (это будет кто-то чужая проблема (1)), и вы видите, что этот эксперимент на самом деле является мостом в никуда.

Вот где меня действительно поражает неспособность человечества понять конечную природу нашей цивилизации. Дни высоких технологий сочтены. При нынешних темпах потребления в следующие двадцать-тридцать лет нам потребуется добывать столько полезных ископаемых, сколько за последние десять тысячелетий — такова природа экспоненциального роста.

Проблема в том, что у нас осталось не так много ресурсов, но мы тем не менее попытаемся. Нынешние дефициты ничто по сравнению с тем, что мы будем испытывать через десять, пятнадцать лет… Просто посмотрите. Тогда ИТЭР все еще будет инициализироваться (запуск запланирован на 2035 год). Запуск его будет нашей наименьшей проблемой…. Несмотря на другие проблемы, возьмем, к примеру, тритий, чрезвычайно редкий изотоп водорода:

Сегодня тритий вырабатывается 19 канадскими ядерными реакторами CANDU, половина из которых должна быть остановлена. […] Это означает, что к 2030 году запасы трития в размере около 25 кг достигнут пика и начнут неуклонно снижаться по мере его распродажи и распада.

И почему это важно? Конечно, синтез мог бы работать на гораздо более распространенных изотопах, когда-то запущенный и напевающий… Однако для его запуска вам всегда понадобится небольшое количество этого действительно редкого материала.

Исследователи поняли более 20 лет назад, что «тритиевое окно» термоядерного синтеза в конечном итоге захлопнется, и с тех пор все стало только хуже. ИТЭР не будет сжигать DT самое раннее до 2035 года, когда запасы трития сократятся. Когда ИТЭР завершит работу в 2050-х годах — если больше не будет задержек — останется только 5 килограммов или меньше трития.

Прочитайте всю статью на эту тему здесь — я нашел ее чрезвычайно проницательной и хорошо подготовленной. Термоядерный синтез, в определенном смысле, является побочным продуктом единственной в жизни попытки человечества построить цивилизацию, работающую на ядерной энергии… Все основано на невозобновляемых металлах, ископаемом топливе и песке — материалах, которые нам суждено исчерпать в ближайшем будущем. ближайшие десятилетия.

В то время как мы продолжаем мечтать о безграничной энергии, полученной солнечными панелями или созданной здесь, на Земле, путем синтеза, мы намеренно забываем о количестве невозобновляемых материалов, которые должны быть встроены — и в конечном итоге потреблены — этими сложными технологиями.

В качестве яркого примера взгляните на шесть катушек полоидального поля (генерирующих сильное магнитное поле — кстати, мне очень понравилось их название), сделанных из ниобий-титановых проводов. Это не то, что вы покупаете в Home Depot:

Катушки PF2, PF3, PF4 и PF5 диаметром от 17 до 24 метров и весом от 200 до 400 тонн просто слишком велики, чтобы их можно было изготовить за пределами площадки и отправить в ИТЭР.

Люди в ИТЭР абсолютно не скрывают, что их проект абсолютно немасштабируемый единорог. Просто попробуйте представить себе всю цепочку поставок, стоящую за этой операцией, начиная с рудников редкоземельных металлов в Китае: извлечение конечного запаса ниобия самосвалами и экскаваторами, каждую минуту сжигающими галлоны дизельного топлива, и нефтеперерабатывающие заводы, оставляющие токсичный и высокорадиоактивный хвост. пруд позади. Затем представьте, сколько угля и природного газа сжигается в плавильнях для плавки этих экзотических металлов и изготовления этого специального сплава… Количество дизельного топлива (опять же), сжигаемого на кораблях и грузовиках, перевозящих сотни тонн его на месте, израсходованное электричество. производственный процесс сборки и так далее… Теперь вы начинаете понимать, о каком виде энергии и конечных затратах материалов я говорю, необходимых для строительства, обслуживания и эксплуатации термоядерного реактора. Еще раз,

Почему мы все равно должны стремиться построить на Земле практически безграничную термоядерную электростанцию, когда именно это, использование безграничной энергии (в форме ископаемого топлива), привело к шестому массовому вымиранию, которое мы наблюдаем в данный момент? Кого мы хотим впечатлить всем этим?

Нашим потомкам, унаследовавшим полумертвую биосферу, захламленную радиоактивными отходами, вечно химией, отработавшими батарейками и затопленными мегаполисами посреди пустынных пустынь уж точно будет не до смеха. С каждым увеличением потребления энергии — как мы видели — происходит увеличение экоцидной деятельности от добычи полезных ископаемых до производства, от вырубки лесов до опустынивания и, в конечном счете, отбросов — и если вы думаете, что на этот раз все будет по-другому… Что ж, тогда у меня есть мост, чтобы продать вас. Корпорации, вооруженные таким «чистым и обильным» источником энергии, наверняка уничтожили бы то немногое, что осталось от планеты Земля, за считанные десятилетия в поисках ресурсов, а в конечном итоге и прибыли.

Народ, это ерунда. Очевидно, что мы находимся на пороге длительного спада добычи нефти и газа на перегретой планете с медленно умирающей экосистемой. И наша главная надежда состоит в том, что нам удастся удержать эту поистине самоубийственную скорость добычи ресурсов еще много десятилетий , пока мы не создадим наш лучший и самый яркий синтез? Действительно? Только осознать, что у нас к тому времени закончится топливо для розжига, и наш великолепный единорог будет не чем иным, как многомиллиардной кучей радиоактивного (2) металлолома, неспособным питать себя, не говоря уже о производстве новых реакторов в своем роде? Кто-нибудь, кто- нибудь , думал об этом всерьез? Кто в здравом уме утвердил бюджет на все это?!

Серьезно, зная, в каком ужасном затруднительном положении мы находимся, мы должны быть заняты изучением и переучиванием того, как производить еду, одежду и жилье на планете, которая переходит в радикально иной климат. Нам крайне необходим план сокращения использования технологий в сочетании с естественным снижением доступности ресурсов и энергии. Мы должны взглянуть на то, как люди жили до нашей эры, и посмотреть, какие технологии и научные знания можно сделать полезными в сильно истощенном мире как с точки зрения минеральных ресурсов/энергии, так и с точки зрения самой жизни.

Ископаемое топливо и полезные ископаемые покинут нас из-за истощения раньше, чем мы могли бы оставить их. В результате индустриальная цивилизация исчезнет в течение следующей сотни лет или около того, что бы мы ни делали. Однако, если предположить, что мы не отправим себя в небытие по мере развития сюжета, мы можем кое-что узнать в процессе… Упадок высоких технологий также даст шанс Природе восстановиться, а нам стать мудрее и многое, многое другое. , стабильный. Fusion, несмотря на этот крупный «успех», навсегда останется журавлем в небе. Так будет и через 25 лет, как и полвека назад… пока люди наконец не забудут об этом. Через несколько сотен лет люди даже не смогут объяснить своим детям, что это должно было быть сделано.

Однако здесь и сейчас синтез — это пустая трата времени, денег и ресурсов в гигантских масштабах. Это отвлекает и мешает нам делать многие другие вещи, которые действительно могли бы иметь смысл в нашей ситуации и могли бы помочь нам преодолеть узкое место впереди. Тогда давайте сосредоточимся на них и оставим технотопию на основе термоядерного синтеза там, где ей и место: на страницах книг по истории, которые еще предстоит написать.

До скорого,

Б

Примечания:

(1) На данный момент мы можем только догадываться, как использовать огромную энергию, высвобождаемую во время синтеза. Большая его часть поступает в виде тепла и электромагнитного излучения, а также некоторых высокоэнергетических частиц. Что нам с этим делать? Кипятить воду и крутить паровую турбину? Какой будет скорость преобразования энергии? 30% в лучшем случае? Подождите, мы планируем использовать это в 30-секундных пакетах? Представьте себе атомную электростанцию, которую нужно охлаждать, разбирать и ремонтировать каждые 30 секунд — она просто не будет работать.

(2) Нейтроны генерируются и врезаются в стенки реакционной камеры во время синтеза. Будучи нейтральными по заряду, электромагнитные поля ничего не могут сделать, чтобы помешать им нанести структурный ущерб стенкам самой камеры, превратив ее со временем в хрупкий кусок радиоактивного металлолома. Опасные отходы, которые нужно было захоронить вместе с отработавшими урановыми топливными стержнями, без надежды на переработку. Удачи найти безопасное место для обоих.