Николай Климов, директор по науке и стратегии – директор отделения научного института «Росатома» в Троицке рассказал на фестивале НАУКА 0+, как физика плазмы поможет справиться с двумя фундаментальными барьерами дальнейшего процветания человечества.
Население нашей планеты растет быстрее, чем предсказывали демографы. В ноябре 2022 года на Земле родился восьми миллиардный человек, а к августу 2024 года численность людей превысила 8,17 миллиарда человек.
Человеку тяжело осознавать такие цифры. Например, визуализировать восемь миллиардов людей можно так: виртуально распределить всех равномерно по поверхности Земли. Тогда на свободном от рельефа пространстве в поле вашего зрения будет одновременно 2,5 тысячи человек. Средняя плотность населения — 53 человека на квадратный километр.
Еще эффективнее работает простой расчет: нужно поделить площадь плодородных земель на количество людей на планете. Получится, что на каждого приходится лишь четверть гектара. А если считать лишь черноземные земли, то примерно 10 соток на каждого человека. Примечательно, что 45% черноземных земель мира находятся на территории России.
Вместе с ростом населения растет энергопотребление, причем непропорционально. За счет обилия гаджетов и других современных технологий энергопотребление выросло в сотни раз. За последние 30 лет мы потребили больше энергии, чем за весь предыдущий период существования человеческой цивилизации. Более экономичные технологии уже не компенсируют этот рост.
Углеводородная энергетика истощает свои ресурсы. Теоретически, на смену ей может прийти водородная энергетика. Россия в перспективе ближайшего века делает «ставку» на замыкание ядерного топливного цикла — АЭС разных типов будут снабжать друг друга топливом.
В поиске идей ученые, как и в прошлые века, обращаются к фантастам. И удивляются. В киноленте «Железный человек» (2008) в какой-то момент на фоне героев появляется тороидальное устройство, которое персонажи в фильме называют дуговым реактором. Выглядит он максимально фантастически… для обывателя, а всем физикам он знаком.
Его внутреннее строение срисовано с экспериментального термоядерного реактора JET, который был введен в эксплуатацию еще в 1983 году. Именно на нем впервые показали возможность генерации энергии на основе термоядерного синтеза. Вот такая технология будущего 40-летней давности.
Именно эта технология поможет нам справиться с первым существенным барьером — энергетическим. «Питаться» термоядерный синтез будет тяжелыми молекулами водорода из простой воды.
Для термоядерных реакторов и других новых технологий нужны большие объемы редких ресурсов. На Земле их не так уж много. Так алюминия и фосфора нам хватит еще на 80 лет, никеля — на 30 лет, вольфрама, золота и кобальта — на 20 лет, а хром «закончится» через 10 лет. Ученые предлагают добывать их в астероидном поясе и на других планетах Солнечной системы. Чтобы до них долететь, нам нужны плазменные двигатели.
Фантасты давно додумались до этой технологии. У многих звездолетов в мультфильмах и фильмах именно плазменные двигатели. Очень удачно и точно они прорисованы, например, в мультфильме «ВАЛЛ-И». Можно даже разглядеть режимы их работы. А вот у фильма «Пассажиры» научные консультанты были не очень хорошие — в качестве референса художники использовали технологию 30-летней давности.
Удельный импульс плазменных двигателей превышает 100 километров в секунду. С такими параметрами до Марса можно будет долететь за один-два месяца.
Так, с помощью термоядерной энергетики и плазменных двигателей — технологий, которые уже сегодня разрабатываются в России, в том числе в дивизионах «Росатома», — мы как человечество сможем перейти на новый уровень развития.
Смотрите выступление Николая Климова и других экспертов Росатома целиком в записи трансляции с фестиваля НАУКА 0+
Присоединяйтесь к команде научного блока Росатома, актуальные вакансии – на карьерном портале.
Подписывайтесь на канал и следите за новостями российской науки!