М.А. Железняк
Термояд в гараже
        Близок локоток...
        Компания Zap Energy получила инвестиции на сумму $160 млн для создания первой коммерческой версии компактного термоядерного реактора малой мощности. Это произошло после того, как прототип реактора под названием «FuZE-Q» создал устойчивый плазменный столб с рекордными показателями. В основе реактора используется «пинч-эффект» (эффект сжатия), при котором в электропроводящем столбе плазмы сам электрический импульс формирует мощное магнитное поле.
        Оно разогревает и одновременно сжимает плазму, поэтому, если поместить внутрь столба мишень из дейтерия и трития, то давление и температура могут запустить термоядерную реакцию. Пинч-эффект известен более полувека, но нестабильность столба плазмы долгое время не позволяла создать полноценный реактор. Задачу удалось решить в Вашингтонском университете в 2019 году при помощи сдвиговых потоков, сгладивших искажения и колебания в потоке плазмы. Один из исследователей, Ури Шумлак, основал компанию «Zap Energy», чтобы монетизировать изобретение. На прототипе FuZE-Q был получен электрический ток в 500 кА, что стало рекордом для подобных систем. Однако сама технология рассчитана на ток в 650 кА, по расчётам, это пороговый показатель для достижения безубыточности. Если инженерам из «Zap Energy» удастся его перейти, они смогут создавать относительно дешёвые, простые, безопасные и компактные термоядерные реакторы, которые каждый сможет установить в своём гараже.
        Как всегда, дьявол в деталях и первая из них «топливо»: потрясающие перспективы появляются, если где-то рядом с гаражом есть хранилище (а ещё лучше, источник) трития. Дело в том, что тритий имеет период полураспада 12,32 года и превращается в гелий-3 уже в процессе хранения. Требуется регулярное пополнение запасов топлива. Промышленный же тритий получают облучением лития-6 нейтронами в ядерных реакторах, работающих на делении. Литий-6 составляет около 0,0005% земной коры. Таким образом, он встречается реже, чем цинк, медь и вольфрам (кстати, содержание урана в литосфере оценивается в 0,0004%). То есть то энергоизобилие, которого ждут от «синтеза», на самом деле соизмеримо с АЭС «деления». К тому же хранить тритий сложнее, чем уран, плутоний и др. «твёрдые топлива». Эта «мелкая деталь» ещё попортит нервы и в «токамаках», и во всех других типах реакторов «синтеза». Повторяется история водородной бомбы: прототип водородной бомбы США с её сжиженными дейтерием и тритием не смог бы поднять ни один самолёт. В СССР задачу решил О.А. Лаврентьев, предложивший использовать твёрдотельный дейтерид лития-6, в котором при взрыве атомного запала нейтроны превращали литий-6 в тритий и гелий (притом с выделением энергии). А уже затем шёл сам синтез дейтона и тритона (Демиург № 2 2016 г.).
        Суть как раз и была в том, чтобы получать тритий непосредственно перед использованием, не беспокоясь о его распаде. В принципе эту идею – использование  дейтерида лития-6 в качестве топлива – можно было бы применить в любом реакторе (в том числе, и в FuZE-Q), если как-то удерживать нейтроны в зоне реакции. Конечно, сделать это может лазерный луч, но уж никак не магнитное поле. Для гаража же реактор с лазерным сжатием, пожалуй, великоват! Поэтому пока очевидна только работоспособность «пинч-эффекта», а поиск топлива для него ещё впереди. Между тем, эта «мелочь» – проблема топлива – далеко не единственная.
        Существует и проблема кпд. Поясним проблему на примере энергии химических связей. Более полувека назад паровые турбины были «последним писком техники», АЭС – острием прогресса, поэтому привычно сжигая топливо, освобождённую энергию превращали в тепловую рабочего тела, а затем уж получали самую удобную в нашем электромагнитном мире электроэнергию. Использовать удавалось меньше половины запасённой в топливе энергии. Естественный путь  – прямое преобразование энергии химических связей в электрическую в топливных элементах – позволил сразу повысить кпд в разы (до 90%).
        Применительно к реакциям с использованием ядерной энергии пошли примитивным, зато отработанным путём: усреднили энергию энергичных частиц с остальными со всеми энтропическими потерями, затем через рабочее тело подали на турбогенераторы... Этот путь, по-видимому, молчаливо предполагается и в реакторах ядерного синтеза. Мне, например, не удалось найти, как именно будет утилизирована полученная в «пинч-эффекте» энергия синтеза лёгких элементов – всё так же через теплоносители? С теми же потерями? Тогда зачем реактор в гараже? Может быть достаточно электророзетки?
        Между тем, для питания космозондов (см. Виртуальный мир № 1 2020 г.) применяют источники питания, использующие радиоактивный распад и непрерывно работающие (например, в «Вояджерах») с 1977 года. Предложенный в указанной статье изотопный блок не только полностью использует энергию электронов, но и защищает от излучения созданным этим же излучением полем. Вот такой реактор можно ставить в гараж.
В оглавление