Современная энергетика стоит на пороге революции: традиционные атомные электростанции, работающие на реакции деления ядер, постепенно уступают место экспериментальным термоядерным технологиям. Кому-то может показаться, что атомные и термоядерные электростанции отличаются только мощностью, но на самом деле это принципиально разные вещи.
Атомные станции основаны на реакции деления тяжёлых ядер, таких как уран-235 или плутоний-239. При поглощении нейтрона ядро атома распадается на два более лёгких фрагмента, выделяя огромную энергию и дополнительные нейтроны, которые поддерживают цепную реакцию.
Термоядерные реакторы используют синтез лёгких ядер, например, изотопов водорода — дейтерия и трития. При температурах свыше 100 миллионов градусов (как в недрах звёзд) ядра сталкиваются и сливаются, образуя гелий и высвобождая энергию. Главная техническая сложность — удержание раскалённой плазмы в магнитных полях (как в токамаках) или с помощью лазеров (в инерциальном синтезе).
Другое отличие в типе топлива. Атомные станции зависят от урана, запасы которого ограничены, а добыча и обогащение требуют значительных затрат. Кроме того, отработанное топливо остаётся высокорадиоактивным тысячи лет.
Термоядерные же установки используют дейтерий, который извлекается из воды, и тритий, который может производиться из лития. Эти ресурсы практически неисчерпаемы: 1 литр воды содержит достаточно дейтерия для генерации энергии, эквивалентной сжиганию 300 литров бензина.
Из всего этого следуют и другие отличия. АЭС несут риски радиоактивных выбросов при авариях, как, например, в Чернобыле или на Фукусиме. Цепная реакция требует постоянного контроля. Плюс радиоактивное отработанное топливо нужно где-то хранить.
Термоядерные реакторы намного безопаснее. Во-первых, реакция синтеза не может выйти из-под контроля — при нарушении условий плазма просто остывает, и процесс останавливается. То есть аварии с последствиями, как на Чернобыльской АЭС, исключены. Радиоактивные отходы термоядерных реакторов (например, материалы реактора, активированные нейтронами) имеют меньший период полураспада (десятки лет против тысяч у АЭС). Однако тритий токсичен и требует осторожного обращения.
Что касается экологии, то оба типа станций не производят парниковых газов, но термоядерный синтез потенциально в 4 раза эффективнее деления. Один грамм термоядерного топлива даёт столько же энергии, сколько 8 тонн нефти.
На практике же дела обстоят примерно так. Атомные станции — проверенная технология: они обеспечивают ~10% мировой электроэнергии. Однако их строительство дорого, а общественное мнение часто противоречиво. Термоядерная энергетика куда безопаснее, эффективнее и дружелюбна к обществу, но есть одна проблема.
Термоядерная энергетика пока существует лишь в виде экспериментов (например, проект ITER во Франции). Учёные ещё не достигли устойчивого положительного энергобаланса (когда реакция производит больше энергии, чем тратится на её запуск). Оптимистичные прогнозы называют 2050-е годы как срок коммерческого внедрения. Ну а что там будет на самом деле через четверть века пока не ясно.
Термоядерный синтез обещает стать «святым Граалем» энергетики: безопасным, почти безотходным и неограниченным источником энергии. Если космические корабли и полетят массово на другие планеты, mk с 90-процентной долей вероятности у них будут термоядерные двигатели. Однако до этого предстоит решить инженерные задачи, такие как создание материалов, устойчивых к нейтронным потокам, и снижение стоимости технологий.
Атомные станции, несмотря на недостатки, ещё десятилетия будут оставаться ключевым низкоуглеродным источником энергии. Их эволюция, например, переход на реакторы IV поколения или ториевые циклы, также способна повысить безопасность и эффективность.
В итоге получается, что атомная и термоядерная энергетика — это два этапа развития ядерных технологий. Если деление (атомная энергетика) даёт нам энергию здесь и сейчас, то синтез (термоядерная энергетика) открывает путь к будущему без энергетического голода и климатических угроз.
Если теперь стало понятно, ставь лайк и подписывайся на мой Телеграм, а ниже я подобрал ещё несколько статей по теме:
