Выпуск 157.
Оглавление
1. Мечта средневековья
2. От мистики к физике: научные основы трансмутации
3. Термоядерный реактор: современный философский камень
4. Экономический смысл: золото как ключ к энергии будущего
5. Дьявол в радиоактивных деталях: вызовы и препятствия
6. Экологический императив: удар по «грязной» добыче
7. Алхимия как метафора прогресса
Мечта средневековья
На протяжении столетий алхимики, окутанные дымом из реторт и тиглей, бились над величайшей тайной — созданием философского камня, способного превращать неблагородные металлы, вроде ртути и свинца, в чистое золото. Их поиски, окутанные мистикой и символикой, так и не увенчались успехом и канули в лету. Однако ирония судьбы заключается в том, что их мечта, похоже, нашла свое воплощение не в магических трактатах, а на страницах современных научных журналов и в проектах высокотехнологичных стартапов. Сегодня вместо тайных лабораторий — сверхзвуковые ускорители частиц и термоядерные реакторы, а вместо философского камня — точнейшие расчеты ядерных cross-section (сечений взаимодействия атомных ядер).
Мечта средневековых алхимиков, веками бившихся над созданием философского камня, кажется, нашла неожиданное воплощение в XXI веке. Только вместо мистических ритуалов и кипящих колб — строгая физика плазмы, а вместо тайных манускриптов — научная статья на сервере препринтов arXiv.
Американский стартап Marathon Fusion выступил с заявлением, которое звучит почти как научная фантастика: они предлагают превращать ртуть в золото. Но самое интересное здесь — не сама трансмутация. Главная цель компании — сделать термоядерную энергетику экономически выгодной, а золото — лишь ошеломляюще дорогой побочный продукт.
От мистики к физике: научные основы трансмутации
Чтобы понять, как возможно такое превращение, необходимо покинуть мир магии и погрузиться в мир субатомных частиц. Алхимики интуитивно пытались воздействовать на материю, но у них не было инструментов для работы с ее фундаментальными строительными блоками — атомными ядрами.
Вся материя состоит из атомов, ядро которых содержит протоны (определяющие химический элемент) и нейтроны. Ртуть (Hg) имеет атомный номер 80, а золото (Au) — 79. Таким образом, чтобы превратить ртуть в золото, необходимо каким-то образом «отщепить» один протон от ее ядра. Прямо это сделать невероятно сложно. Однако существует более изящный и реализуемый путь через цепочку радиоактивных распадов.
Еще в XX веке ученые, используя ускорители частиц и ядерные реакторы, доказали саму возможность трансмутации. В 1941 году физики из Гарварда Артур Шерр и Кеннет Бейнбридж бомбардировали нейтронами ядра ртути и действительно получили микроскопические количества золота. Проблема была одна: это стоило в тысячи раз дороже, чем просто добыть золото из-под земли. Энергозатраты и сложность процесса делали его чисто академическим курьезом, а не коммерческим предприятием.
Так в чем же фокус современного подхода?
Новаторство предложения Marathon Fusion заключается не в открытии нового физического принципа, а в его прагматичном применении. Компания предлагает использовать в качестве «алхимического тигля» не специализированный и дорогой ускоритель, а термоядерный реактор — машину, которую и так планируется строить для генерации чистой энергии. Золото становится не самоцелью, а ценным побочным продуктом, который может кардинально изменить экономику термояда.
Термоядерный реактор: современный философский камень
В основе концепции Marathon Fusion лежит токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) — установка для магнитного удержания плазмы, которую учёные по всему миру считают одним из самых перспективных путей к управляемому термоядерному синтезу. Если упростить, токамак — это гигантский «магнитный бублик», внутри которого до сверхвысоких температур разогревается вещество, превращаясь в плазму, где ядра лёгких элементов (дейтерия и трития) сливаются, высвобождая колоссальное количество энергии. Той самой, что питает наше Солнце.
Ключевая инновация стартапа кроется не в самой плазме, а в «одеяле», или бланкете, — слое, который окружает активную зону реактора. Традиционно его делают из лития. Бланкет выполняет две важнейшие функции: он поглощает энергию быстрых нейтронов, вылетающих из плазмы (нагреваясь и передавая тепло для генерации электричества), и использует эти нейтроны для производства трития — редкого и дорогого изотопа водорода, который служит топливом для самого реактора.
Инженеры Marathon Fusion предложили: добавить в литиевый бланкет ртуть. Точнее, её определённый изотоп — ¹⁹⁸Hg (ртуть-198). Идея в том, чтобы заставить нейтроны из реактора работать в две смены. Когда быстрый нейтрон врезается в ядро ртути-198, он выбивает из него другой нейтрон (это называется реакцией (n, 2n)), но сам при этом поглощается. В результате ¹⁹⁸Hg превращается в свой нестабильный изотоп — ¹⁹⁷Hg. А этот изотоп, в свою очередь, довольно быстро — с периодом полураспада всего 64 часа — распадается, превращаясь в ¹⁹⁷Au. То есть в самый обычный, стабильный и очень дорогой металл — золото.
Расчеты компании, опубликованные на arXiv, показывают, что термоядерный реактор мощностью в один гигаватт тепловой энергии сможет производить до 5 тонн золота в год. По текущим рыночным ценам это более 300 миллионов долларов ежегодно. Как заявляют в компании, «реализация этой концепции позволяет удвоить доход», генерируемый станцией.
Экономический смысл: Золото как ключ к энергии будущего
Зачем это нужно? Термоядерная энергетика — это невероятно дорогое начинание. Строительство гигантских экспериментальных реакторов вроде международного ITER обходится в десятки миллиардов долларов. Даже если технология будет доведена до ума, стоимость электроэнергии с первых термоядерных станций может оказаться непозволительно высокой, чтобы конкурировать с солнечной, ветровой или атомной энергетикой.
Продажа золота может полностью изменить эту экономику. Фактически, чистая энергия становится главным продуктом, а драгоценный металл — тем самым «побочным эффектом», который окупает всё предприятие и делает его сверхприбыльным. Это не просто погоня за богатством, а прагматичный способ ускорить энергетический переход и получить доступ к практически неисчерпаемому и чистому источнику энергии. Это классический синергетический эффект, когда два разных продукта (энергия и золото) вместе создают ценность, значительно превышающую сумму их отдельных частей.
Эксперты, опрошенные РИА Новости, подтверждают научную состоятельность идеи, но указывают на временные рамки: «Коммерческих реакторов пока еще не существует. Поэтому в лучшем случае их появление можно ждать через 10-20 лет», — полагает научный сотрудник Института Гайдара Мария Гирич.
Дьявол в радиоактивных деталях: вызовы и препятствия
Конечно, как это часто бывает в большой науке, на пути от красивой идеи к работающей технологии лежит немало препятствий. И первое из них — радиационная безопасность.
Хотя основной процесс распада ртути-197 в золото занимает меньше трёх суток, в ходе ядерных реакций в бланкете образуются и другие, куда более долгоживущие радиоактивные изотопы. Чтобы полученное золото стало безопасным, ему придётся «остывать» в специальном хранилище. И не пару недель, а, согласно расчетам, около 17,7 лет.
Звучит как серьёзная проблема. Кто захочет покупать золото, которое нельзя забрать почти два десятилетия? Однако в Marathon Fusion смотрят на это философски. Они резонно отмечают, что огромная часть мирового золотого запаса и так не находится в активном обращении — она лежит в слитках в банковских хранилищах как инструмент сбережения. Поэтому необходимость подождать не кажется им критическим недостатком. В худшем случае, «свежее» золото будет продаваться с дисконтом, который будет уменьшаться по мере его «остывания», подобно тому, как растет в цене выдержанный виски или коньяк.
Практических трудностей также хватает:
1. Источник сырья: Для процесса нужен именно изотоп ¹⁹⁸Hg, доля которого в природной ртути составляет всего около 10%. Потребуются промышленные мощности для обогащения ртути, что само по себе сложная и энергоемкая задача.
2. Инженерные материалы: Нужно создать материалы для бланкета, способные десятилетиями выдерживать интенсивное нейтронное облучение и коррозийное воздействие сплава жидкого лития и ртути при высоких температурах.
3. Экономическая целесообразность: Пока что, по мнению экспертов, такая технология дороже традиционной добычи. «Затраты на электроэнергию, оборудование, очистку и обеспечение безопасности превысили бы стоимость такого золота в несколько раз», — отмечает доцент РЭУ им. Плеханова Юлия Давыдова.
Экологический императив: удар по «грязной» добыче
Если эти инженерные задачи будут решены, выгоды могут быть колоссальными не только с экономической, но и с экологической точки зрения. Традиционная золотодобыча — это один из самых разрушительных для природы процессов. Он связан с:
* Вырубкой лесов и разрушением ландшафтов.
* Образованием гигантских карьеров и отвалов.
* Массовым использованием токсичных веществ, прежде всего ртути и цианидов, которые отравляют почву, воду и воздух, нанося непоправимый вред здоровью людей и экосистем
Производство золота в чистом, контролируемом реакторе могло бы значительно сократить потребность в такой варварской добыче. Это был бы красивый символ: ртуть, которая веками была проклятием золотодобытчиков и загрязнителем рек, сама становится сырьем для создания чистого золота, и все это — в процессе генерации экологически чистой энергии.
Алхимия как метафора прогресса
Проект Marathon Fusion— это яркий пример того, как нестандартное мышление может предложить решение для, казалось бы, неразрешимых проблем. Вместо того чтобы пытаться удешевить термоядерный синтез в лоб, они предлагают сделать его прибыльным за счёт неожиданного побочного продукта, о котором мечтали веками
Будет ли эта алхимическая мечта воплощена в жизнь? Покажет только время. Современные «алхимики» — это инженеры и физики, вооруженные компьютерами и знаниями о квантовом мире. Их философский камень — это не магический артефакт, а глубокое понимание законов Вселенной и умение применять их с невероятной изобретательностью.
Возможно, именно такой дерзкий симбиоз древней мечты и передовой науки — и есть тот самый ключ, который откроет дверь не только к несметным богатствам, но и к светлому, энерго-изобильному будущему для всего человечества. Алхимики прошлого искали золото, чтобы обрести бессмертие и могущество. Сегодня мы можем получить его почти как даром, попутно решая главные энергетические и экологические проблемы нашей цивилизации. И в этом — величайшая поэзия научного прогресса.
Дело осталось за малым – создать коммерческий термоядерный реактор. Однако целый ряд специалистов подвергают большому сомнению возможность создания подобной установки.
Но не будем отчаиваться, как говорят ученые, существуют и другие ядерные технологии, позволяющие реализовать многовековую мечту человечества. Правда об этом мы расскажем в следующих выпусках. Поэтому не забывайте подписываться на канал, и, по возможности, поддержите развитие канала финансово.