В термоядерных реакторах происходит ядерный синтез – процесс, когда два атома сливаются с выделением тепла, которое можно использовать для производства электроэнергии. Радиации этот метод не производит: как минимум, в этом аспекте новая технология экологичнее, чем АЭС.
Статью можно прослушать
Умирающие АЭС накормят топливом термоядерные реакторы будущего
Многие страны в последние десятилетия отказались от ядерной энергетики, но после закрытия станций остались огромные объемы использованного топлива. Между тем, для зарождающейся термоядерной энергетики нужно свое, весьма дорогое и дефицитное топливо (насколько дорогое, вы сейчас увидите).
Bulletin of the Atomic Scientists
Содержание
Возможно, это самое редкое вещество на Земле
Для термояда нужно топливо – дейтерий и тритий, две формы атома водорода. И если дейтерий в природе относительно распространен, то тритий очень редкое вещество. Его содержание во всей атмосфере Земли ученые оценивают в 25±14 кг.
Много это или мало? Если взять среднюю оценку в 25 кг, на таком количестве топлива ТЯЭС могла бы полгода питать электроэнергией около 500 000 домов, рассказал редакции Interesting Engineering Теренс Тарновски, физик в Лос-Аламосской национальной лаборатории США (LANL).
Напрашивается вывод, что нужен метод производства этого вещества искусственным путем.
Стоимость коммерческого трития составляет около $33 000 000 / кг.
Тритий из ядерных отходов?
За чуть более полувека с момента появления первых АЭС и атомных кораблей во всем мире скопилось около 250 000 т отработанного ядерного топлива, оценивает Earth.org. Его нужно безопасно хранить, что стоит дорого, или найти способ переработать.
В LANL задались вопросом, нельзя ли его использовать, чтобы получить тритий. В Штатах есть несколько стартапов и институтов, работающих над созданием термоядерных реакторов, но производства трития в стране нет, и его закупают в Канаде – а вот запасы ядерных отходов одни из самых больших в мире. Достаточно сказать, что все топливо, выгруженное из атомных субмарин ВМФ, все еще остается на заводе, где это топливо делалось, в очень уязвимом состоянии.
Национальная лаборатория в Лос-Аламосе
Моделирование, проделанное группой Тарновски, показало, что эта идея жизнеспособна. Методами симуляции они разработали конструкцию реактора, в котором происходила бы многоступенчатая реакция расщепления атомов, одним из продуктов которой и будет тритий.
Ускоритель безопаснее и дешевле реактора
Вместо цепной реакции ученые предлагают использовать для расщепления ускоритель частиц: это требует больше затрат энергии, но и более безопасно. По их оценкам, потребуется 1 ГВт энергии, может произвести около 2 кг трития за год. Тем не менее, этот метод в разы менее энергозатратен, чем производить тритий методами ядерного синтеза.
Ученые планируют на следующем этапе рассчитать, сколько мог бы стоить тритий, полученный таким образом, оценить энергоэффективность и уточнить вопросы безопасности будущей технологии.
Термояд: где мы сейчас
В стартапах, разрабатывающих термоядерные реакторы, есть горячие головы, которые считают, что еще до 2030 года смогут создать первые коммерческие образцы. Серьезные ученые считают, что эра термояда вряд ли наступит в 2020-х и даже 2030-х.
Тем не менее, сейчас наблюдается быстрый (по научным меркам) прогресс. В 2025 году китайским ученым впервые удалось удерживать плазму целых 18 минут, что уже большой успех.
Тем временем, канадская General Fusion разработала реактор, не требующий лазеров и сверхпроводимости, что обещает удешевить и упростить технологию получения энергии термоядерного синтеза.
Чтобы еще ускорить прогресс, другой стартап из Германии опубликовал чертежи термоядерного реактора в открытом доступе.