Чистой термоядерной энергетики не будет

Чистой термоядерной энергетики не будет


Даже если установку термоядерного синтеза построят, производить энергию будет не она. Рис.  Иорш Алексей/cartoonbank.ru 
Станет ли управляемый термоядерный синтез основой энергетики будущего? Как известно, ядерную энергию можно извлекать двумя способами: в реакциях деления ядер тяжелых элементов — урана, плутония, тория — на более мелкие ядра или в реакциях синтеза (слипания) ядер легких элементов — водорода, лития — в более крупные. 

В мире построены сотни реакторов деления, где «сжигаются» тяжелые ядра. Управляемый же термоядерный синтез оказался трудной задачей. Установка для его синтеза — токамак — была придумана И.Е. Таммом, А.Д. Сахаровым, Л.А. Арцимовичем и другими учеными. Принципиальных проблем в ее создании почти нет, но есть много технических, которые пока не решены: надо удерживать плазму при температуре 100 млн °С! 

Россия участвует в строительстве грандиозной и очень дорогой международной термоядерной установки ИТЭР во Франции, а также планирует построить более скромную установку «Игнитор», на которую правительство уже выделило без конкурса 20 млрд рублей. Обе установки, как полагают авторы, смогут продемонстрировать термоядерную реакцию синтеза 

(1) d + t  He + n + 17,6 МэВ, 

где d — ядро дейтерия (один протон и один нейтрон), t — ядро трития (один протон и два нейтрона), He — ядро гелия (два протона и два нейтрона), n — нейтрон, рождающийся в результате реакции, а 17,6 МэВ — энергия в мегаэлектронвольтах, выделяющаяся в единичной реакции. Самоподдерживающуюся реакцию синтеза (1) на современном уровне науки и техники реализовать, по-видимому, можно, хотя многие специалисты выражают сомнение, справится ли с этим «Игнитор». Вопрос в другом — может ли термояд служить основой для промышленного получения «чистой» и «неограниченной» энергии, как утверждают энтузиасты проекта. Ответ отрицательный, и вот почему. 

Дело в том, что нейтроны, образующиеся при синтезе (1), сами по себе гораздо ценнее, чем энергия, которая при этом выделяется. Если обложить поверхность токамака толстым «бланкетом» из обыкновенного природного урана–238, то под действием нейтрона из реакции (1) ядро урана расщепляется с выделением дополнительной энергии около 200 МэВ, т. е. в 12 раз больше, чем в исходной реакции! 

Если построить термоядерную установку, сравнительно простая добавка к нему в виде уранового «бланкета» увеличит производство энергии в 12 раз, а фактически даже в 25 раз, если в дальнейшем сжигать нарабатываемый в «бланкете» плутоний в обычных АЭС. Ясно, что ни одно правительство, ни одна коммерческая организация не упустит возможности повысить эффективность в 25 раз! 

Если дело дойдет до реального производства энергии, то токамак будет всего лишь источником драгоценных нейтронов, а 96% энергии все равно будет производиться в реакциях деления, и основным топливом будет уран–238. «Чистого» термояда не будет никогда. Но если наиболее сложная, дорогостоящая часть этой цепочки — токамак — производит менее 4% от окончательной мощности, то возникает резонный вопрос, а нужно ли вообще это звено? Ведь вместо термояда можно использовать другие источники нейтронов, чтобы беспрепятственно «сжигать» природный уран–238 или торий. 

Такими источниками могут стать, например, реакторы-размножители (бридеры), электроядерный бридинг или, наконец, ядерный синтез при невысокой температуре с помощью мюонного катализа. Каждый метод достоин отдельного рассказа. Равно как и ядерный цикл, основанный на тории, который позволяет делать большие и малые, безопасные и компактные электростанции. 
 
# Вопрос-Ответ