В 2014–2015 годах американская аэрокосмическая компания «Локхид Мартин» активно рекламировала свой проект по производству малых реакторов ядерного синтеза для электроэнергетики. В августе 2015 года руководитель проекта Томас Макгая выступил на коллоквиуме в Принстонском университете, где подробно рассказал студентам об основных технических решениях и планах компании. Желающие посмотреть доклад господина Макгая щёлкайте здесь.
Судя по докладу, успехи «Локхид Мартин» впечатляют. Для удержания плазмы компания применила линейную схему (отказалась от токамака) и обращённую конфигурацию магнитного поля (Field Reverse Configuration, FRC). Это значит, что некоторые сверхпроводящие катушки находятся не снаружи, а внутри реактора. Форма плазмы между этими катушками напоминает юлу. Система удержания работает надёжно, только на периферии «юлы» и вдоль оси реактора происходят утечки плазменной материи.
Благодаря FRC утекающая с периферии одной «юлы» плазма попадает на периферию другой «юлы». Представьте солнечные корональные выбросы, которые в большинстве случаев возвращаются к светилу. Только в реакторе «Локхид Мартин» их возвращает не гравитация, а магнитное поле от дополнительных сверхпроводящих катушек, находящихся вне корпуса реактора. Утечки по оси устраняются магнитными зеркалами (дополнительными катушками) на торцах реактора.
Обращённая конфигурация магнитного поля обеспечивает вторичное использование утекающей плазмы и позволяет достичь практически стопроцентного бета-предела (соотношения плазменного и магнитного давлений). Для справки: в токамаках бета-предел не превышает 5–10%, то есть электромагниты работают с 10–20-кратным запасом мощности, что выливается в нерациональное использование энергии на собственные нужды установки. Для дополнительной стабилизации специалисты «Локхид Мартин» организовали вращение плазмы.
Все перечисленные меры позволили снизить требования к сверхпроводящим магнитам (достаточно поля 10 Тл) и кардинально сократить температуру, необходимую для поддержания реакции синтеза, что в свою очередь, позволяет соединять не дейтерий с дейтерием или с тритием, а дейтерий с гелием-3. Слияние их ядер проходит без выброса нейтронов, то есть энергоустановка практически не создаёт радиации. Недаром появился термин «прохладный/клёвый ядерный синтез» (cool nuclear fusion).
Подобный реактор сопрягается с газовой турбиной, у которой вместо камер сгорания установлены теплообменники, нагревающие сжатый компрессором воздух. К валу турбины может быть присоединён электрогенератор.
Господин Макгая сообщил студентам Принстона, что в 2015-м компания «Локхид Мартин» уже пятый год финансировала работы за счёт собственных средств и планировала к 2025-му организовать заводское производство модульных компактных термоядерных реакторов. Однако в конце прошлого десятилетия проект был засекречен или остановлен – информация о нём перестала поступать. Только недавно промелькнули сообщения, что «Локхид Мартин» оснастил энергоустановкой, основанной на ядерном синтезе, самолёт. Значит, в оборонном направлении работы продолжаются, ноу-хау накапливается.
Тем временем на рынке появился любопытный стартап Helion Energy, строящий «первую электростанцию, основанную на ядерном синтезе». Он в несколько траншей получил фантастически щедрое финансирование (суммарно свыше миллиарда долларов), в частности, от Сэма Альтмана – основателя компании OpenAI.
В 2014 году стартап Helion Energy намеревался построить и запустить свою энергоустановку через шесть лет, то есть в 2020-м. Как водится, плановые сроки несколько раз были сдвинуты, теперь это должно произойти в 2028-м. Примечательно, что в материалах Helion Energy звучат те же заклинания, которые на коллоквиуме произнёс Томас Макгая из «Локхид Мартин»: линейная схема, обращённая конфигурация магнитного поля, высокий бета-предел и синтез дейтерия с гелием-3.
Что стоит отметить, гелиевое топливо позволяет организовать прямое преобразование энергии заряженных частиц в электричество. При слиянии ядер дейтерия и гелия-3 возникают высокоэнергетичные протоны. Это значит, что вместо громоздких насосов, теплообменников, паровых турбин и градирен, применяемых на АЭС, можно использовать компактные электроды, просто собирающие заряд. Эффективность преобразования энергии превысит 60%.
А теперь – наша гипотеза. Вполне вероятно, руководители «Локхид Мартин» решили, что тратить средства компании на внутреннее финансирование перспективных разработок нецелесообразно. Лучше передать проект стартапу, который сможет собрать инвестиции с рынка. Тут весьма кстати пришёлся бум искусственного интеллекта, который привёл к быстрому росту энергопотребления центров обработки данных по всему миру. Переменчивые по своей природе возобновляемые источники энергии оказались бессильны, так что местами даже приходится заново запускать уж было остановленные атомные электростанции. Результат вполне предсказуем – индустрия искусственного интеллекта готова финансировать прорывные энергетические исследования и разработки: «Мы за ценой не постоим!».
Подтверждений нашей гипотезе о передаче технологий нет, ведь Helion Energy – скрытная частная компания, которая не обязана оповещать публику о соглашениях по использованию интеллектуальной собственности, а «Локхид Мартин» молчит. Американский блогер Эштон Форбс считает, что решение о передаче проекта из «Локхид Мартин» в Helion Energy принято на уровне Департамента энергетики США и что стартап заодно получил научные и технологические наработки из нескольких национальных лабораторий. Кстати, термоядерные стартаперы настолько уверены в успехе, что уже строят машинный зал электростанции для корпорации Microsoft.
Задержка с прохладным ядерным синтезом оказалась кстати в том смысле, что к моменту запуска реакторов наверняка будет доведена до готовности инновационная энергоустановка SunCell компании Brilliant Light Power. Значит, на рынке намечается здоровая конкуренция принципиально разных технологий. А Brilliant Light Power активизировалась в информационном плане перед первичным размещением акций на фондовой бирже.
Так или иначе, на горизонте энергоперехода маячат уже не ветряки с солнечными панелями, а малые модульные реакторы ядерного синтеза и гидринные энергоустановки SunCell. Перспективы возобновляемой энергетики заключаются в том, чтобы помочь энергетикам дотянуть до момента готовности электростанций кардинально нового типа.
Теги: прорывные разработки для энергетики, прохладный термоядерный синтез, обращённая конфигурация магнитного поля, гелий-3 как топливо для энергетики будущего, конверсия оборонных производств.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.