Заключение: На пути к термоядерной энергетике Кристофер Ллуэллин-Смит (материалы к лекции, прочитанной 17 мая 2009 года в ФИАНе)

Заключение

Современный мир стоит перед очень серьезным энергетическим вызовом, который более точно можно назвать «неопределенным энергетическим кризисом». Проблема связана с тем, что запасы ископаемых горючих веществ могут иссякнуть уже во второй половине текущего столетия. Более того, сжигание ископаемых топлив может привести к необходимости каким-то образом связывать и «сохранять» выпускаемый в атмосферу углекислый газ (упомянутая выше программа CCS) для предотвращения серьезных изменений в климате планеты.

В настоящее время почти вся потребляемая человечеством энергия создается сжиганием ископаемых топлив, а решение проблемы может быть связано с использованием солнечной энергии или ядерной энергетики (созданием реакторов-размножителей на быстрых нейтронах и т. п.). Глобальная проблема, обусловленная ростом населения развивающихся стран и их потребностью в повышении уровня жизни и увеличении объема производимой энергии, не может быть решена только на основе рассматриваемых подходов, хотя, конечно, следует поощрять любые попытки развития альтернативных методов выработки энергии.

Собственно говоря, у нас небольшой выбор стратегий поведения, и я считаю, что развитие термоядерной энергетики является исключительно важным, даже несмотря на отсутствие гарантии успеха. Газета Financial Times (от 25.01.2004) писала по этому поводу:

«Даже в том случае, если расходы на проект значительно превысят исходную смету, вряд ли они достигнут уровня 1 миллиарда долларов в год. Такой уровень затрат следует считать весьма скромной платой за вполне разумную возможность создать новый источник энергии для всего человечества, особенно с учетом того, что уже в этом веке нам неизбежно придется расстаться с привычкой расточительно и безрассудно сжигать ископаемые виды топлива».

Я совершенно согласен с этой позицией, и проблема состоит лишь в оценке вероятности успеха в создании установки. Мне хочется надеяться, что Арцимович был прав, и «термоядерная энергетика появится тогда, когда она станет действительно необходима человечеству».

Будем надеяться на то, что никаких крупных и неожиданных сюрпризов на пути развития термоядерной энергетики не будет. Мы уже выработали вполне разумную и упорядоченную программу действий, которая (разумеется, при условии хорошей организации работ и достаточного их финансирования) должна привести к созданию прототипа термоядерной электрические станции. В этом случае примерно через 30 лет мы сумеем впервые подать электрический ток от нее в энергетические сети, а еще через 10 с небольшим лет начнет работать первая коммерческая термоядерная электрическая станция. Возможно, что во второй половине нашего столетия энергия ядерного синтеза начнет заменять ископаемые топлива и постепенно станет играть всё более важную роль в обеспечении человечества энергией в глобальном масштабе.

Нет абсолютной гарантии, что задача создания термоядерной энергетики (в качестве эффективного и крупномасштабного источника энергии для всего человечества) завершится успешно, но я лично полагаю, что вероятность удачи в этом направлении достаточно высока. Учитывая огромный потенциал термоядерных станций, можно считать оправданными все затраты на проекты их быстрого (и даже ускоренного) развития, тем более, что эти капиталовложения выглядят весьма скромными на фоне чудовищного по объему мирового энергетического рынка (4 триллиона долларов в г.8). Обеспечение потребностей человечества в энергии является очень серьезной проблемой. По мере того, как ископаемое топливо становится всё менее доступным (помимо этого, его использование становится нежелательным), ситуация изменяется, и мы просто не можем позволить себе не развивать термоядерную энергетику.

Ответы на вопросы после лекции


Примечания

1Детская энциклопедия, М. Педагогика, 1973, т. 3, с. 381.

2Приводимые в двух последних строках (гидростанции, ветер и т. д.) цифры даны в пересчете к так называемому «тепловому эквиваленту», то есть соответствуют количеству электрической энергии, вырабатываемого при сжигании соответствующего количества ископаемого горючего.

3В качестве единицы энергии используется величина 1 МэВ, равная энергии, которую приобретает электрон (или протон) под воздействием ускоряющего поля в 1 миллион вольт. Отметим сразу, что при химических реакциях (например, при сжигании каменного угля) выделяющаяся энергия обычно составляет около 1 эВ, что в десять миллионов раз меньше, чем в приведенной выше термоядерной реакции (1).

4Название «Токамак» представляет собой аббревиатуру русского определения: ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками. Установки типа Токамак были предложены Игорем Таммом и Андреем Сахаровым, а затем разработаны Львом Арцимовичем. Установка представляет собой соленоид в виде тора (бублика), в котором магнитное поле создается как самим соленоидом, так и мощным электрическим током, протекающем через плазму. В такой камере вокруг тора формируется закрученное в виде некоторой спирали поле, удерживающее плазму внутри и не позволяющее ей взаимодействовать со стенками камеры. Ток, создающий спиральное магнитное поле, в начале процесса обеспечивается трансформаторной установкой, и именно поддержание достаточной силы тока в течение достаточно долгого времени является одной из основных проблем при осуществлении реакций синтеза в токамаках. Проблема частично решается подогревом описываемых систем за счет электромагнитного излучения или пучками частиц, а также созданием специальных магнитов, позволяющих непосредственно создавать спиральные магнитные поля и не требующих пропускать сильный ток через плазму при запуске процесса. На этом принципе работают установки, называемые стеллараторами, которые, однако, пока менее развиты, чем токамаки, что связано со сложностью их конструирования и создания.

5Более подробный анализ поведения плазмы (включающий в себя полуэмпирические законы масштабирования, относящиеся к установкам разных размеров, разным значениям магнитных полей и токов в плазме) приводит к выводу, что время удержания связано с характерными линейными размерами L соотношением Lр, где показатель р лежит в диапазоне 2–3 (ближе к 3).

6В исследовании Culham намечались некоторые конкретные действия и даты, однако сейчас их не стоит принимать во внимание, поскольку уже допущены нарушения «графика», а первые два условия, предложенные авторами, не выполнены. Установленные в 2004 году сроки переговоров, обусловленные сроками завершения проектирования и выбором места строительства реактора , значительно затянулись. Кроме того, была создана Organization и пересмотрен утвержденный в 2001 году проект , который был «заморожен» после начала переговоров о месте строительства. Рост затрат на проектирование и создание приводил к сокращению финансирования других разработок, что стало угрожать всем планам быстрого создания установки. Тем не менее общие выводы и предложения этого исследования сохраняют свою ценность, если считать, что мы вновь находимся на старте событий.

Еще записи на эту же тему:

Метки:


Страницы: 1 2

© 2008-2018 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.