Не, енергията от термоядрения синтез няма да бъде безгранична
През месец декември предходната година учените от Националния комплекс за лазерни термоядрени реакции на Съединените щати (National Ignition Facility) доближиха до извънредно значим за термоядрената промишленост миг, който получи името Момента на Братя Райт. При този тип термоядрен синтез се нагрява дребна капка гориво, формирана от деутерий и тритий, която е сложена в дребна капсула от злато. Тя се обстрелва с мощни лазерни лъчи, които се преобразуват в рентгеново лъчение и незабавно нагряват капсулата до 100 милиона градуса по Целзий, като по едно и също време с това горивото се оказва под налягане от над 100 милиарда атмосфери и се трансформира в плазма.
За първи път в историята термоядрена реакция даде рекордните 1,35 мегаджаула сила, която е повече от силата употребена за пускане на синтеза.
В последна сметка бе получена 50 повече сила, в сравнение с бе подадена към златната капсула във тип на мощни лазерни лъчи. Изведнъж термоядреният синтез, който до момента постоянно се разглеждаше в една 30-годишна вероятност, стартира да наподобява по-близък. Но не чак толкоз непосредствен, тъй като нещата бяха показани в прекомерно удобна светлина.
Laser Type Wavelength [mm] Typical Efficiency [%] CO2 10.6 15 He-Ne 0.6328 0.1 He-Cd 0.442, 0.325 0.01-0.02 Nd-YAG 1.06 0.1-2.0 FEL Wide Range 30 Diode Laser 0.7-1.5 20КПД на най-популярните лазери
Изпуснато бе нещо доста значимо – изчисленията са направени единствено за силата на лазерния лъч. Като се има поради, че коефициентът на потребно деяние и на най-съвременните лазери е прекомерно невисок, цялата употребена за разпалването на тази термоядрена сила е доста, доста по-голяма. Все още има доста какво да се разбере за това по какъв начин да се употребява силата от термоядрен синтез за произвеждане на електрическа енергия. Но резултатът подсети за отдавнашните прогнози, че термоядреният синтез ще реши всички енергийни проблеми на човечеството.
Стартъпите, работещи в региона на термоядрения синтез, се радват на засилен интерес от страна на вложителите през тази година. Правителството на Съединени американски щати неотдавна разгласи, че ще отпусне рекордните 1,4 милиарда $ за финансиране на научни проучвания, с което ще стартира 10-годишен път към практическия термоядрен синтез. Потенциалните изгоди са големи: в случай че се оправим с науката, термоядреният синтез ще отключи “ неограничената чиста сила “.
В доста връзки този израз е правилен. Просто погледнете нагоре към горящото кълбо в небето. Предстоят му още пет милиарда години. Различни национални стратегии, огромната интернационална стратегия, наречена ITER (Международен термоядрен пробен реактор), и най-малко 40 частни компании се пробват да възпроизведат този развой тук, на Земята. Целта е да се притиснат два атома един към различен – нормално това са атомите на водорода, в следствие от което се образува хелий, като при този развой се губи малко маса, която се освобождава във тип на сила съгласно популярната формула E=mc². Ето за какво може да се твърди, че силата от термоядрения синтез е също толкоз безгранична, колкото са безгранични атомите на водорода във Вселената.
Само че по същата логичност вятърните електроцентрали и слънчевите панели също могат да бъдат обсъждани като неизчерпаеми, безкрайни потоци от налягане на водата, вятъра и фотоните.
Но несъмнено, на процедура те са лимитирани от редица на практика съображения. Необходими са съответните позволения от управляващите. Финансиране. Конструкции, инфраструктура, логистика, нужна за производството да вземем за пример, на перките на вятърните турбини и на съставените елементи на слънчевите панели. Необходими са и комплицирани електропреносни мрежи, които би трябвало да обезпечат естествена работа даже и в най-лошо време. И други сходни.
Ето за какво с развиването на тази област някои специалисти започнаха да изследват евентуалните на практика и стопански ограничавания на термоядрения синтез. Сегашните констатации демонстрират, че силата от термоядрения синтез няма да бъде евтина и сигурно няма да бъде най-евтиният източник на електрическа енергия през идващите десетилетия, защото в електропреносната мрежа в целия свят се появява от ден на ден слънчева и вятърна сила. Но термоядреният синтез въпреки всичко би могъл да откри своето място, защото енергийната система се нуждае от сила в разнообразни форми и по друго време.
„ Чудя се по какъв начин, по дяволите, термоядреният синтез въобще би могъл стопански да се конкурира с изумителния прогрес в региона на възобновимата сила “ – Джейкъб Шварц, физик в Лабораторията по физика на плазмата в Принстън.
Това бе въпросът, който въодушеви прехода от работата по детайлите на термоядреното инженерство към стопанската система на енергийните системи.
В публикация, оповестена в списание Joule, Шварц и неговите сътрудници употребяват комплицирания модел на енергийната система на Съединени американски щати за интервала 2036-2050 година, с цел да проучат изискванията, при които би било стопански преференциално да се построят 100 гигаватови термоядрени електроцентрали, задоволителни за зареждането на към 75 милиона домове. И по този начин, какъв брой би коствала и какъв брой допустимо най-евтина би трябвало да бъде една термоядрена електроцентрала, с цел да я използваме?
Резултатите демонстрираха, че отговорът може да варира в необятни граници според от цената и комбинацията от други енергийни източници в декарбонизираната електрическа мрежа, като да вземем за пример възобновимите енергийни източници, атомните електроцентрали или газовите централи с устройства за хващане на въглерод. В множеството сюжети термоядреният синтез евентуално ще заеме ниша, доста сходна на тази, която през днешния ден заема положителното остаряло нуклеарно разделяне, въпреки и без същите проблеми с сигурността и отпадъците.
И двете системи всъщност са великански и употребяват доста профилирано съоръжение за добиване на сила от атомите, с цел да може тя да загрява вода и да зарежда парни турбини, което значи високи първични разноски. Но макар че създаваната от тях сила може да бъде по-скъпа от тази от възобновими източници като слънчевата сила, тази електрическа енергия е чиста и надеждна и не зависи от това, кое време на денонощието е и какви са климатичните условия.
И по този начин, ще може ли термоядреният синтез да се конкурира при тези условия? Целта на изследването не бе да се оценят разноските за един реактор. Но положителната вест е, че Шварц е съумял да открие най-малко един план, който може да създава сила на конкурентна цена: Aries-AT – относително обстоен модел на термоядрена електроцентрала, създаден от физици от Калифорнийския университет в Сан Диего при започване на 2000 година Шварц предизвестява, че това е единствено една от точките за съпоставяне и че другите термоядрени електроцентрали може да имат разнообразни ценови профили или да се вписват в енергийната система по по-различен метод според от метода на потреблението им.
Освен това географското състояние ще има значение. Например, по източното крайбрежие на Съединени американски щати, където възобновимите енергийни източници са лимитирани, а преносът е сложен, моделирането демонстрира, че термоядреният синтез може да бъде потребен при по-високи разноски, в сравнение с запад. Като цяло, той споделя, че е заслужено да си представим бъдеще, в което термоядреният синтез става част от „ разнообразния енергиен микс “ на енергийната система на Съединени американски щати.
В по-ранен разбор от 2021 година Самюъл Уорд, физик от Университета в Йорк по това време, и сътрудниците му са по-предпазливи. Те разказват редица сюжети, които биха могли да изместят термоядрения синтез, някои от които биха могли да бъдат добра вест за света: да вземем за пример вятърната и слънчевата сила биха могли да свършат по-голямата част от работата по декарбонизацията на енергийната система до появяването на термоядрения синтез.
Дори стандартните нуклеарни електроцентрали биха могли да станат по-ефективни с създаването на по този начин наречените „ дребни модулни реактори„, които са проектирани да бъдат по-евтини за създаване. Освен това, споделя Уорд, който в този момент работи в Технологичния университет в Айндховен, Нидерландия, прогнозите за разноските за термоядрен синтез включват материали и вериги за доставки, които в редица случаи към момента не съществуват.
„ По принцип всичко се свежда значително на несигурност. Това е подло чувство, изключително когато хората излагат концепцията за „ Светия Граал “ или „ безграничната “ сила. Те употребяват тези думи, само че аз не мисля, че това е от изгода за термоядрения синтез. “
Не е изненадващо, че фирмите, занимаващи се с термоядрен синтез, се стремят да обяснят за какво техните разработки освен ще трансформират физиката на термоядрения синтез, само че и ще бъдат неповторими в стопански смисъл. Предложените реактори могат да бъдат разграничени на две категории: едната, известна като токамак, употребява мощни магнити за удържане на плазмата. В другия се употребява метод, наименуван инерционно задържане, който има за цел да разбие задачата и да я зареди с сила, като я порази с лазер, както в опита по запалването на NIF, или с високоскоростни частици.
„ Това не е въпрос, който ми задават доста постоянно “, споделя Мишел Биндербауер, основен изпълнителен шеф на TAE Technologies, когато го питат за икономическата организация на компанията му.
Хората са по-склонни да го питат по какъв начин възнамерява да загрее плазмата в своя реактор до 1 милиард градуса по Целзий, в съпоставяне със 75-те милиона, които компанията е демонстрирала до момента. Но тези въпроси са взаимосвързани, споделя той.
Тази рискова температура е нужна, тъй като TAE Technologies употребява химическия детайл бор като гориво дружно с водород, което съгласно Биндербауер в последна сметка ще опрости реактора за термоядрен синтез и ще докара до по-евтиното създаване на електроцентрали. Той прави оценка разноските някъде сред класическия термоядрен синтез и възобновимите енергийни източници – почти там, където съгласно основателите на математически и компютърни модели от Принстън би трябвало да бъдат. Той показва, че до момента в който построяването на термоядрени електроцентрали ще бъде скъпо, горивото ще бъде извънредно на ниска цена. Освен това по-ниският риск от повреди и по-малкото количество високоактивни боклуци би трябвало да значат освобождение от скъпоструващите разпореждания, които усилват разноските на електроцентралите за нуклеарен синтез.
Никълъс Хоукър, основен изпълнителен шеф на First Light Fusion, компания за инерционен термоядрен синтез, разгласява собствен личен стопански разбор на силата от термоядрен синтез през 2020 година и с изненада откри, че най-големите разноски не са свързани с термоядрената камера и нейните необикновени материали, а с кондензаторите и турбините, нужни във всяка една електроцентрала.
https://www.kaldata.com/wp-content/uploads/2023/04/Nucli_1.mp4Въпреки това Хоукър чака по-бавен напредък на този вид електроцентрали спрямо някои свои сътрудници. „ Първите електроцентрали ще се скапват от самото начало “, споделя той, „ и браншът ще се нуждае от забележителна държавна поддръжка – тъкмо както това се случи със слънчевата промишленост през последните две десетилетия “.
Ето за какво той смята, че е добре, че доста държавни управления и компании пробват разнообразни подходи: това усилва възможностите, че някои от технологиите ще оцелеят.
За термоядрения синтез обаче преди всичко е науката. Възможно е скоро да не проработи. Може да отнеме още 30 години. Но Уорд, макар своята нерешителност във връзка с рестриктивните мерки на термоядрения синтез в електропреносната мрежа, въпреки всичко има вяра, че проучванията към този момент се възстановяват, генерирайки нови достижения във фундаменталната просвета и в основаването на нови материали. „ Все още считам, че си заслужава„, споделя той.
