После объявления на этой неделе Министерства энергетики США о «крупном научном прорыве» в развитии термоядерной энергетики возникла большая шумиха, которая практически не подвергалась сомнению со стороны средств массовой информации.
«Это знаковое достижение», — заявила министр энергетики Дженнифер Грэнхольм. Ее отдел пресс-релизе заявил, что эксперимент в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии «получил больше энергии в результате термоядерного синтеза, чем энергия лазера, используемая для его приведения в действие», и «предоставит неоценимую информацию о перспективах чистой термоядерной энергии».
«Технология ядерного синтеза существует с момента создания водородной бомбы», — отметил CBS News. гайд освещение объявления. «Ядерный синтез считался Святым Граалем создания энергии». И «теперь, похоже, наступил момент слияния», — говорится в материале CBS.
Но, как пришел к выводу в 25 году д-р Дэниел Джассби, в течение 2017 лет главный физик-исследователь в Принстонской лаборатории физики плазмы, занимающийся исследованиями и разработками в области термоядерной энергии, гайд в Бюллетень ученых-атомщиков, Силы термоядерного синтеза «это то, чего следует избегать».
Его статья называлась «Термоядерный реактор: не то, чем его называют».
«Термоядерные реакторы уже давно рекламируются как «идеальный» источник энергии», — написал он. И «человечество приближается» к «достижению того прорывного момента, когда количество энергии, выходящей из термоядерного реактора, будет устойчиво превышать количество поступающей, производя чистую энергию».
«Однако по мере того, как мы приближаемся к нашей цели, — продолжил Джассби, — пришло время задаться вопросом: действительно ли термоядерный синтез является «идеальным» источником энергии?» Проработав 25 лет над экспериментами по ядерному синтезу в Принстонской лаборатории физики плазмы, после выхода на пенсию я начал смотреть на термоядерное предприятие более беспристрастно. Я пришел к выводу, что термоядерный реактор будет далек от совершенства, а в некотором смысле близок к противоположному».
«В отличие от того, что происходит», когда происходит термоядерный синтез на Солнце, «где используется обычный водород огромной плотности и температуры», на Земле «термоядерные реакторы, сжигающие богатые нейтронами изотопы, имеют побочные продукты, которые далеко не безобидны», — сказал он.
Ключевым радиоактивным веществом в процессе термоядерного синтеза на Земле будет тритий, радиоактивный вариант водорода.
Таким образом, возникнут «четыре прискорбные проблемы» — «радиационное повреждение конструкций; радиоактивные отходы; необходимость биологической защиты; и потенциал производства оружейного плутония-239, что усиливает угрозу распространения ядерного оружия, а не уменьшает ее, как того хотели бы сторонники термоядерного синтеза», — написал Джассби.
«Кроме того, если термоядерные реакторы действительно осуществимы… они столкнутся с некоторыми другими серьезными проблемами, от которых страдают реакторы деления, включая выбросы трития, огромные потребности в теплоносителе и высокие эксплуатационные расходы. Будут также дополнительные недостатки, уникальные для термоядерных устройств: использование топлива (трития), которое не встречается в природе и должно пополняться самим реактором; и неизбежные утечки электроэнергии на объекте, которые резко сокращают количество электроэнергии, доступной для продажи».
«Основным источником трития являются ядерные реакторы деления», — продолжил он. Тритий производится как отход на обычных атомных электростанциях. Они основаны на расщеплении атомов, делении, тогда как синтез предполагает слияние атомов.
«В случае принятия термоядерный синтез на основе дейтерия-трития станет единственным источником электроэнергии, который не использует природное топливо и не преобразует природные источники энергии, такие как солнечное излучение, ветер, падающая вода или геотермальная энергия. Уникально то, что тритиевый компонент термоядерного топлива должен генерироваться в самом термоядерном реакторе», — сказал Джассби.
О распространении ядерного оружия"Открытое или тайное производство плутония-239 возможно в термоядерном реакторе путем простого размещения оксида природного или обедненного урана в любом месте, где летают нейтроны любой энергии. Океан замедляющихся нейтронов, возникающий в результате рассеяния потоков термоядерных нейтронов на реакторе, пронизывает каждый уголок внутреннего пространства реактора, включая придатки реактора».
Что касается «дополнительных недостатков, присущих реакторам деления», в термоядерном реакторе: «Тритий будет рассеиваться на поверхностях реакционного сосуда, инжекторах частиц, откачивающих каналах и других придатках. Коррозия системы теплообмена или нарушение вакуумных каналов реактора могут привести к выбросу радиоактивного трития в атмосферу или местные водные ресурсы. Тритий обменивается с водородом с образованием тритиевой воды, которая биологически опасна».
«Кроме того, существуют проблемы с потребностью в охлаждающей жидкости и низкой эффективностью использования воды», — продолжил он. «Термоядерный реактор — это тепловая электростанция, которая предъявляет огромные требования к водным ресурсам для вторичного контура охлаждения, генерирующего пар, а также для отвода тепла от других подсистем реактора, таких как криогенные холодильники и насосы… Фактически, термоядерный реактор будет иметь самую низкую эффективность использования воды среди всех типов тепловых электростанций, будь то ископаемых или атомных. Поскольку засуха усиливается в различных регионах мира, многие страны не могут физически поддерживать большие термоядерные реакторы».
«И все вышеперечисленное означает, что любой термоядерный реактор столкнется с чрезмерными эксплуатационными расходами», — написал он.
«Для эксплуатации термоядерного реактора потребуется персонал, чья квалификация ранее требовалась только для работы на атомных станциях, например, эксперты по безопасности для мониторинга вопросов безопасности и специалисты по утилизации радиоактивных отходов. Для управления более сложными подсистемами термоядерного реактора, включая криогенику, обработку трития, оборудование для плазменного нагрева, а также сложную диагностику, потребуется дополнительный квалифицированный персонал. Для реакторов деления в Соединенных Штатах обычно требуется не менее 500 постоянных сотрудников в течение четырех еженедельных смен, а для термоядерных реакторов потребуется около 1,000 человек. Напротив, для эксплуатации гидроэлектростанций, установок по сжиганию природного газа, ветряных турбин, солнечных электростанций и других источников энергии требуется лишь горстка людей», — написал он.
«Множество периодических расходов включает в себя замену поврежденных радиацией и разрушенных плазмой компонентов в термоядерном синтезе с магнитным удержанием, а также изготовление миллионов топливных капсул для каждого термоядерного реактора с инерционным удержанием ежегодно. И любой тип атомной электростанции должен выделять средства на вывод из эксплуатации, а также на периодическое захоронение радиоактивных отходов».
«Немыслимо, чтобы общие эксплуатационные расходы термоядерного реактора были меньше, чем у реактора деления, и поэтому капитальные затраты на жизнеспособный термоядерный реактор должны быть близки к нулю (или сильно субсидироваться) в тех местах, где одни только эксплуатационные расходы реакторов деления не могут конкурировать со стоимостью электроэнергии, производимой неядерными источниками энергии, и привели к остановке атомных электростанций», — сказал Джассби.
«Подводя итог, можно сказать, что термоядерные реакторы сталкиваются с некоторыми уникальными проблемами: отсутствием природного топлива (трития) и большими и неуменьшаемыми затратами электроэнергии… Эти препятствия — вместе с колоссальными капитальными затратами и рядом дополнительных недостатков, общих с реакторами деления — сделает термоядерные реакторы более требовательными в строительстве и эксплуатации или достигнет экономической практичности, чем любой другой тип генератора электрической энергии».
«Суровые реалии термоядерного синтеза опровергают заявления его сторонников о «неограниченной, чистой, безопасной и дешевой энергии». Земная термоядерная энергия не идеальный источник энергии, превозносимый его усилителями», — заявил Джассби.
Ранее в этом году, подняв вопрос о нехватке тритиевого топлива для термоядерных реакторов, Наука, издание Американской ассоциации содействия развитию науки опубликовало гайд заголовок: «НЕТ ГАЗА. Нехватка тритиевого топлива может привести к тому, что термоядерная энергия останется с пустым баком». В этой статье, вышедшей в июне, упоминалась высокая стоимость «редкого радиоактивного изотопа трития… При цене в 30,000 XNUMX долларов за грамм он почти так же ценен, как алмаз, но для исследователей термоядерного синтеза цена того стоит. Когда тритий соединяется при высоких температурах со своим братом дейтерием, эти два газа могут гореть, как Солнце».
Еще есть регулирование термоядерных реакторов. Статья прошлого года в Обзор научной политики Массачусетского технологического института отметил: «Энергия термоядерного синтеза уже давно рекламируется как источник энергии, способный производить большое количество экологически чистой энергии… Несмотря на это обещание, термоядерная энергия так и не была реализована после шести десятилетий исследований и разработок из-за продолжающихся научных и технических проблем. Значительные частные инвестиции в коммерческие стартапы в области термоядерного синтеза сигнализируют о возобновлении интереса к перспективам ближайшего развития термоядерных технологий. Однако успешное развитие термоядерной энергетики потребует соответствующей нормативной базы для обеспечения общественной безопасности и экономической жизнеспособности».
«Правила, учитывающие риски, включают информацию о рисках, полученную из вероятностного анализа безопасности, чтобы гарантировать, что регулирование соответствует реальному риску деятельности», — заявили в гайд. «Несмотря на преимущества принятия структуры, учитывающей риски, для зрелой отрасли ядерного деления, использование правил, основанных на учете рисков, для лицензирования коммерческих технологий термоядерного синтеза первого поколения может нанести ущерб цели экономического развертывания термоядерного синтеза в краткосрочной перспективе. Коммерческая термоядерная технология имеет недостаточную базу эксплуатационного и нормативного опыта для поддержки быстрого и эффективного использования правил, учитывающих риски».
Несмотря на широкую поддержку средств массовой информации по поводу объявления о синтезе на прошлой неделе, в СМИ прозвучали некоторые сдержанные комментарии. Арианна Скибелл из Политико написал кусок под заголовком «Вот проверка реальности ядерного синтеза». Она сказала, что «существуют серьезные научные и инженерные препятствия на пути превращения этого открытия в оборудование, которое сможет по доступной цене превратить реакцию термоядерного синтеза в электричество для сети. Это ставит фьюжн прямо в категорию «может быть, однажды».
«Вот несколько причин умерить ожидания того, что этот прорыв приведет к быстрому прогрессу в решении климатической чрезвычайной ситуации», — сказал Скибелл. «Прежде всего, как предупреждают ученые-климатологи, миру не придется ждать десятилетиями, пока технология станет потенциально жизнеспособной и позволит свести к нулю выбросы парниковых газов». Она процитировала комментарий ученого-климатолога из Пенсильванского университета Майкла Манна: «Я была бы более взволнована объявлением о том, что США прекращают субсидирование ископаемого топлива».
Генри Фонтан в своем New York Times онлайн-колонка «Климат вперед», писал как «миру необходимо в ближайшее время резко сократить выбросы [углерода]… Таким образом, даже если термоядерные электростанции станут реальностью, это, скорее всего, не произойдет вовремя, чтобы помочь предотвратить краткосрочные ухудшающиеся последствия изменения климата. Многие ученые-климатологи и политики говорят, что гораздо лучше сосредоточиться на доступных в настоящее время технологиях возобновляемой энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, чтобы помочь достичь этих целей по выбросам».
«Так что, если термоядерный синтез не является быстрым решением проблемы климата, может ли он стать более долгосрочным решением мировых энергетических потребностей?» он пошел дальше. «Возможно, но стоимость может быть проблемой. Национальная установка зажигания в Ливерморе, где проводился эксперимент, была построена за 3.5 миллиарда долларов».
Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса имеет долгую историю термоядерного синтеза. Именно здесь под руководством физика-ядерщика Эдварда Теллера, ставшего его директором, была разработана водородная бомба. Действительно, его уже давно называют «отцом водородной бомбы». Водородная бомба использует термоядерный синтез, а атомная бомба, над которой Теллер ранее работал в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, использует деление. Разработка атомной бомбы в Лос-Аламосе привела к появлению ядерного ответвления: атомных электростанций, использующих деление ядра.
ZNetwork финансируется исключительно за счет щедрости своих читателей.
СДЕЛАТЬ ПОДНОШЕНИЕ