Зеленый гибрид

Александр Гурьянов
(«ХиЖ», 2022, №3)

Предыдущая новость не выглядит особо привлекательной на фоне десятилетий борьбы человечества за термоядерный синтез и сомнений в принципиальной возможности его получения. Однако существует интересный контекст проблемы, который стал ясен в последние годы, но не очень знаком широкой публике.

В проблеме термоядерного синтеза есть так называемый критерий Лоусона, полученный из очевидных соображений физики плазмы еще в 1957 году. Он утверждает: термоядерный реактор станет источником энергии, если произведение времени удержания плазмы на ее концентрацию превысит критическую величину. Например, для дейтерия и трития она равна 2·10²º сек/м³.

А вот для других реакций легких ядер она выше на порядки! Фактически всю историю термоядерных исследований можно представить как борьбу за увеличение концентрации плазмы при повышении ее температуры и за рост длительности удержания плазмы в этом состоянии. До сих пор физики не представляли, как можно снизить жесткие требования критерия Лоусона.

Практический ответ на этот вопрос нашелся по мере совершенствования термоядерных технологий в последнее десятилетие. Сегодня их КПД приблизился к единице, то есть они могут производить почти столько же энергии, сколько в них вложено. Семь лет назад американский физик Джон Бранденбург опубликовал статью о возможности создания гибридных ядерных реакторов. В ней он показал, что критерий Лоусона в таких ядерных котлах можно снизить в десять тысяч раз.

Физическая идея учитывает тот факт, что синтез легких элементов приводит к массовому рождению быстрых нейтронов: их энергия идет на выработку электричества в термоядерном реакторе. Однако эти нейтроны можно использовать и по-другому: для стимуляции распада тяжелых элементов, как в обычных ядерных реакторах. Гибрид представляет собой генератор нейтронов (плазменный термоядерный реактор), окруженный «усилителем» в виде «одеяла» из тория, урана или долгоживущих ядерных отходов (ядерных хвостов). Последние, имея период полураспада в десятки и сотни тысяч лет, стали проблемой для человечества. В гибридном реакторе их можно утилизировать с пользой, а не захоранивать, как это делают сейчас.

Реактор мог бы работать в двух режимах. Когда КПД термоядерной сердцевины заметно меньше единицы, нейтронов мало и именно они обеспечивают распад в оболочке реактора. Наработка энергии идет экономно, в небольшом количестве. А если нужно больше энергии, интенсивность термоядерной реакции в сердцевине увеличивается, поток нейтронов растет и в оболочке начинается управляемая цепная реакция. То есть к нейтронам от термоядерного синтеза добавляется лавина нейтронов от распара ядер оболочки. Выход энергии растет. В обоих случаях энергии получается больше, чем затрачено на разогрев плазмы, то есть ограничение Лоусона удается обойти.

Доктор Бранденбург показал, что у гибридного реактора есть целый набор преимуществ. Как и все ядерные реакторы, он не выделяет парниковых газов. Он экологичен, потому что при его работе образуются легкие нераспадающиеся или короткоживущие элементы. Он может служить средством утилизации ядерных отходов, которые превращает в энергоемкое топливо. Он должен быть более надежен и легко управляем, так как отключается прекращением подачи энергии к генератору нейтронов.

Из-за резкого снижения порога Лоусона гибрид можно сделать небольшим и использовать в космических кораблях или базах на других планетах Солнечной системы. Доктор Бранденбург считает, что уже при сегодняшних технологиях гибридные реакторы способны решить энергетические проблемы человечества на столетия вперед.


(Journal of Space Exploration, 2014, 3, 1 - полный текст в PDF)

123

Разные разности

09.08.2022 17:00:00

…температура в Арктике растет в четыре раза быстрее, чем глобальное потепление

…около половины оплодотворенных яйцеклеток погибает очень рано, еще до того, как мать узнает, что она беременна

…если вы хотите найти безопасный район для проживания, выберите тот, где жители доверяют друг другу и выгуливают много собак…


>>
05.08.2022 17:00:00

Многие самки пауков съедают своих партнеров после спаривания, и большинство самцов относятся к этому покорно. Но есть пауки, которых такое положение вещей не устраивает. И они стараются удрать в самый последний момент.

>>
03.08.2022 17:00:00

Израильские ученые уверены, что взаимная симпатия с потенциальным партнером зависит от того, насколько хорошо они могут синхронизировать свои тела.

>>
01.08.2022 17:00:00

Ученые из Университета Ньюкасла обнаружили новые типы бактерий, которые прилипают к плавающим в морской толще частицам микропластика и путешествуют на них по океану.

>>
26.07.2022 16:00:00

Почти в половине проб воды, взятых из рек по всему миру, присутствуют биологически активные компоненты лекарств в концентрациях, от которых можно ожидать экотоксикологических эффектов.

>>