Экологически чистая термоядерная энергия спасет планету

Термоядерная энергия является самым экологически чистым видом энергии. Однако термоядерные реакторы никто строить не спешит, ведь стоимость вырабатываемой энергии превышает затраты на энергию, которую надо постоянно подводить, чтобы поддерживать реакцию термоядерного синтеза. Другими словами, экологически чистая энергия никому не нужна из-за своей дороговизны. Однако, все может измениться уже в ближайшие несколько лет. Команда физиков из Университета Вашингтона предложила новую схему реактора, которая позволит со временем выйти на рентабельность.

Недостаточная экономичность остается главным препятствием на пути перехода к энергетике ядерного синтеза, не загрязняющей окружающую среду радиоактивными отходами, а атмосферу углекислым газом. Электростанции, расходующие невосполнимые запасы ископаемого топлива — угля и природного газа — генерируют более дешевую электроэнергию, чем предлагавшиеся до сих пор проекты термоядерных реакторов.

Инженеры Университета Вашингтона (UW) надеются, что сложившуюся ситуацию изменит разработанная ими новая концепция такого реактора. Результаты ценового анализа, с которыми они планируют 17 октября ознакомить участников Международной конференции по термоядерной энергии в Санкт-Петербурге (Россия), свидетельствуют, что стоимость термоядерной установки будет меньше, чем новой угольной электростанции, сопоставимой с ней по выходу энергии.

Новая конструкция является развитием уже существующих технологий. В замкнутом объеме создается магнитное поле, удерживающее плазму достаточно долго, чтобы она сгорала в реакции синтеза. Реактор в основном работает в самоподдерживающемся режиме: плазма в нем постоянно нагревается для обеспечения условий протекания термоядерной реакции. Выделяемое реактором тепло нагревает охладитель, который затем вращает турбину и генерирует электричество.

Магнитные поля в университетском реакторе, получившем название сферомак, генерируются электрическими токами в самой плазме. Таким образом, как подчеркивает участник проекта UW Дерек Сазерленд (Derek Sutherland), одна и та же среда используется для синтеза и для пропускания тока, обеспечивающего ее стабильность. Это элегантное решение снижает материалоемкость конструкции и позволяет уменьшить общие габариты реактора.

Другие модели термоядерных установок, такие как ITER, сооружаемая во Франции, значительно превосходят сферомак по размерам, из-за того, что такое же магнитное поле создается в них сверхпроводящими катушками, расположенными вокруг реактора. В сравнении с французской разработкой, концепция UW стоит примерно в десять раз меньше и производит в 5 раз больше электричества.

Ученые экстраполировали свою конструкцию до размеров обычной электростанции и сравнили стоимость реализации проекта (его стартовой инфраструктуры) с затратами на сооружение ТЭЦ, работающей на угле. По их оценкам, термоядерная станция мощностью 1 гигаватт обойдется в 2,7 млрд долл. Угольная станция такой же мощности будет стоить 2,8 млрд долл.

На данный момент концепт-модель термоядерной установки UW примерно на порядок уступает по размерам и мощности финальному продукту. Исследователи уже успешно опробовали ее способность удерживать плазму. Следующие, крупногабаритные версии, находящиеся в процессе разработки, будут рассчитаны на более высокотемпературную плазму, что позволит увеличить выход электроэнергии, генерируемой термоядом.