Манхэттен-2 или вас тут не стояло. Часть 4

 

Как оценить колоссальный технологический отрыв, совершённый российской наукой? Возьмём пример. В ближайшие годы для поддержания существующих темпов цифровизации, человечеству придётся задействовать всю имеющуюся электроэнергию только для хранения информации в дата-центрах. Конечно, есть и другой путь: отказаться от цифровизации.
Вы считаете это  невозможно? Отнюдь! В 1960ых годах была разработана технология производства травяной муки из бобовых трав. Она открывала головокружительные  перспективы, суля полный перекрой карты мирового агропроизводства.
Но в 1973году наступил «нефтяной  шок», цены на  энергию выросли в разы и всё встало с ног  на голову.
Вместо того, чтобы накопленную природой за миллионы лет энергию органических веществ вкачивать в циклы производства еды, стали на полях «выращивать нефть», то есть из растений делать биодизель. Это колоссальный технологический откат, но подали его «под бой тамтамов» как невиданное  достижение.
 
Изначально основной задачей ТОКАМАК "Т-15МД".являлась отработка технологий и параметров в рамках реализации международного экспериментального термоядерного реактора «ITER». Но в наши дни не менее значимо и то, что этот реактор позволяет модернизировать электрические магнитоплазменные двигатели, которые планируется устанавливать в будущем на большинство космических кораблей, в том числе и на Ядерный Буксир (ТЭМ) Роскосмоса.

 
Но в науке, да и в жизни вообще, почти всегда на первым план выходит то, чему изначально уделялось далеко  не  первостепенное значение.    ТОКАМАК "Т-15МД" открывает совершенно  новое направление в ядерной энергетике.  Появляется  возможность   использовать   энергию нейтронов, которые высвобождаются в результате термоядерных реакций. По сути, появляется ПРОМЕЖУТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, которое делает экономически выгодной термоядерную энергетику. А это более чем серьёзно.
Весь мир  многие десятилетия бился над этой проблемой, а результат мягко сказать… Именно осознание того,  что в ближайшие годы успеха не будет  привело к появлению  «тотального биодизеля» в виде загадивших планету ветряков и панелек. Это  не шаг вперёд, а отчаянные метания тех, что окончательно  понял, что  «журавлёва» не даст уже точно и пора идти к «синицыной». То есть  до сих про никто в мире не смог  получить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию с чистым выходом энергии, превышающим затраченную на запуск термоядерной реакции.
Ситуацию осложняет физика плазменных процессов, которая ещё далека от нашего понимания. В 1980-х годах ТОКАМАК нового поколения: Т-15 (СССР), JET (Европейский союз), JT-60 (Япония) и TFTR (США)   по всем расчётам  должны были достичь критерия Лоусона, что позволило бы начать изучение термоядерной плазмы, собственно самоподдерживающейся реакции и способов управления ею.

 
Однако плазма оказалась куда более сложным агрегатным состоянием вещества, и этот факт поставил учёных в очередной технологический тупик.  Даже удержать плазму температурой в сто миллионов градусов Цельсия оказалось задачей тысячелетия, не говоря уж об управлении ею. Получив практические результаты на новых ТОКАМАК, учёные пришли к выводу, что реализовать термоядерную энергетику в одиночку будет не под силу ни одной стране мира. И только международная кооперация для решения этой проблемы даст всем шанс на положительный результат. Именно исходя из этих соображений стартовал проект «ITER», где собраны самые передовые плазменные технологии со всей планеты. В настоящее время здание реактора достроено, идёт сборка самого реактора. Завершение строительства намечено на декабрь 2025 года; выход на планируемому мощность - 2035 год. В проекте участвуют 35 стран, сам проект реализуется во Франции.


Однако  учёные НЕ ДАЮТ ГАРАНТИИ положительного исхода этого самого грандиозного, сложного и дорогого научно-технического проекта в мире.
Итог запуска реактора может быть непредсказуемым. Например, мы  достигнем критерия Лоусона, но безопасно управлять термоядерной плазмой  так и не получится; либо и вовсе не удастся выйти на необходимые    параметры для самодостаточной термоядерной реакции.
Допустим,  всё получится и тогда человечество сможет выполнить все поставленные перед "ITER" задачи. Но даже в таком случае есть проблемы. Первичная стенка реактора – самый дорогой элемент конструкции - за пять лет превращается в решето, полностью утрачивая свою рабочую функцию. Это результат активного нейтронного излучения, которое воздействует на всё окружающее ТОКАМАК пространство.
Даже несмотря на новые специальные сплавы, которые в десятки раз устойчивее к нейтронному захвату, срок службы стенки составляет всего несколько лет.
Полностью обновлять стенки реактора через такие  короткие временные промежутки  экономически совершенно невыгодно. Это делает термоядерную энергетику коммерчески нереализуемой, оставляя её в рамках лишь научных исследований.
И тут два выхода.
1.Увеличение размеров установки с сохранением мощности на прежнем уровне, что даст более эффективное распределение нейтронного потока по площади.
2. Реализация термоядерной энергетики с безнейтронным выходом.


НО ЕСТЬ И ТРЕТИЙ ПУТЬ. Его основы заложены в российском ТОКАМАК "Т-15МД".
В "Т-15ДМ" задействован  "гибридный режим", позволяющий протекать ядерным реакциям в бланкете.
За первичной стенкой, которая изнашивается от нейтронного изучения, установлен бланкет, в котором располагается неактивное делящееся вещество: например, Уран-238 или Торий-232. Энергии нейтрона, порождённого термоядерной реакцией дейтерия и трития, достаточно  чтобы разделить ядро Урана-238 с выходом дополнительной энергии, или трансмутировать ядро атома Тория-232 в топливо для современных АЭС – Уран-233.



Деление изотопов Урана-238 полностью зависит от нейтронов, вылетающих из дейтерий-тритиевой плазмы. При этом не происходит цепной реакции, как в случае деления изотопа Урана-235. Следовательно, нет опасности возникновения ядерных аварий и связанных с ними последствий.
Таким образом получается, что износ стенки провоцирует полезную работу, которая заключается либо в дополнительном выходе энергии - по расчётам в десять раз превышающую энергию единичного акта термоядерной реакции дейтерия и трития -  либо в выработке топлива для многочисленных АЭС, которые тоже будут производить тепловую и электрическую энергию.
В этом случае экономические и энергетические обоснования термоядерной энергетики сразу выходят на  положительный уровень, даже если стенки реактора продолжат изнашиваться за пять  лет. Сами реакторы станут несравнимо более  компактными чем международный «ITER» в наши дни, мощными и коммерчески выгодными.
Например, тот же реактор "ITER" в гибридном режиме способен произвести в десять раз больше энергии, чем заложено в его термоядерных параметрах! 
К тому же расчёты   специфики ядерных процессов показывают:   для того чтобы в бланкете начались реакции, реактору "Т-15МД" необязательно достигать максимальной термоядерной мощности и нагревать плазму до ста миллионов градусов Цельсия. Реакции происходят уже при пятидесяти миллионах градусов Цельсия, то есть в том диапазоне температур, который сегодня относительно хорошо изучен.



Выразим описание ситуации более простым языком. За многие десятилетия человечество добилось определённых успехов в освоении термоядерного синтеза. Но практический результат РАВЕН НУЛЮ. Давайте вспомним байку о том, как американцы «ввалили кучу бабла» в разработку ручки, способной писать в космосе, а русские взяли с собой простой карандаш.  Генералы Вермахта отмечали все как один феноменальную способность русских выполнять те же самые задачи с несравнимо меньшими затратами. Это и есть РУССКИЙ ТВОРЧЕСКИЙ ГЕНИЙ. Получается, что  для полезной работы термоядерного реактора сама термоядерная реакция вовсе не обязательна. А  это   открывает совсем другие  перспективы для всего человечества. Это могут быть  даже не термоядерные гибридные реакторы, а ядерно-плазменные. Подобные энергетические технологии дадут ещё больше времени для полного освоения термоядерной энергетики, не отправив человеческую цивилизацию в пучину энергетического кризиса.
Термоядерная энергетика – это конечно Святой Грааль, однако пока она для нас недостижима. Причём успех не гарантируют даже сами учёные проекта "ITER", хотя настроены они позитивно. В 1970-х годах тоже считали, что первые термоядерные электростанции появятся в конце 1980-х, ну или при самом пессимистичном прогнозе - в 2000 году. На деле оказалось, что при самом благоприятном исходе проекта "ITER" первая экспериментальная термоядерная станция появится не раньше 2045 года, а в широкую коммерческую эксплуатацию термоядерная энергетика войдёт в 2060-2080 годах.
 
Поэтому гибридные реакторы, как промежуточный этап в освоении термоядерной энергетики, становятся реальным выходом из цивилизационного тупика.  И Россия является АБСОЛЮТНЫМ ЛИДЕРОМ в этом направлении.
Китай планирует построить аналогичный прототип гибридного реактора в 2030 году, в других странах даже не знают, чего они не знают!
Энергетика – это ахиллесова пята нашей цивилизации. Даже замедление роста потребления  энергии на душу населения способно вызвать кризисы. Что уж говорить о том, когда идёт спад в потреблении энергии, который сразу уменьшает количество благ, доступных человеку. 
Гибридные реакторы  являются гарантией устойчивого энергетического развития человечества, значимой альтернативой до достижения успехов в сфере безопасной и выгодной термоядерной энергетики. То есть у человечества «на раздумья» есть не годы, а МНОГИЕ ТЫСЯЧИ ЛЕТ.
Гибридный реактор типоразмера ТОКАМАК  "Т-15МД" одинаково хорошо подходит как для выработки электроэнергии, так и для производства водорода и кислорода методом высокотемпературного электролиза, либо только водорода методом паровой конверсии метана.
 
   Сегодня растёт число скептиков, которые сомневаются в достижении термоядерного синтеза в перспективе на ближайшие сто  лет, а некоторые и вовсе не верят в возможность этого процесса в земных условиях. Винить их за это нельзя, ведь для нас тайна термоядерной энергетики ещё действительно не разгадана, а перспективы не ясны.
Но  РОССИЙСКИЕ технологии – это практически вечный двигатель.  Ведь любой трансурановый элемент, а не только  уран, торий и плутоний, можно НЕОГРАНИЧЕННОЕ количество раз через облучение нейтронами в гибридных реакторах, насыщать энергией вновь и вновь после «сжигания» в ядерных реакторах. Это бесконечный замкнутый цикл.
А учёные не спеша займутся новыми технологиями,  прекрасно помня, что масса и энергия эквивалентны.   Полная энергия физического   тела  в состоянии покоя равна его   массе, умноженной на    квадрат  скорости света в вакууме. Это чудовищно огромное количество.
Пусть этого и не хотят знать те кто сжигает на электростанциях выращенную на полях иву или, извиняюсь за подробности, сушёный кал сельскохозяйственных животных, но мы вовсе не спешим путать собственные достижения с их проблемами…