http://elementy.ru/lib/430807На пути к термоядерной энергетике
Кристофер Ллуэллин-Смит
(материалы к лекции, прочитанной 17 мая 2009 года в ФИАНе)
Введение
На вопрос «Когда появится термоядерная энергетика?» Лев Арцимович (признанный пионер и лидер исследований в этой области) как-то ответил, что «она будет создана, когда станет действительно необходимой человечеству»1. В связи с этим ответом я и хочу обсудить некоторые связанные с термоядерной энергетикой проблемы:
* почему она является необходимой вообще?
* когда возникла эта необходимость?
* когда термоядерная энергетика станет реальностью?
Энергетический вызов и потребность в термоядерной энергии
«Энергетический вызов» возник в результате сочетания трех следующих факторов:
1. Человечество сейчас потребляет огромное количество энергии.
В настоящее время потребление энергии в мире составляет около 15,7 тераватт (ТВт). Разделив эту величину на население планеты, мы получим примерно 2400 ватт на человека, что можно легко оценить и представить. Потребляемая каждым жителем Земли (включая детей) энергия соответствует круглосуточной работе 24 стоваттных электрических ламп. Однако потребление этой энергии по планете является очень неравномерным, так как оно очень велико в нескольких странах и ничтожно в других. Потребление (в пересчете на одного человека) равно 10,3 кВт в США (одно из рекордных значений), 6,3 кВт в Российской Федерации, 5,1 кВт в Великобритании и т. д., но, с другой стороны, оно равно лишь 0,21 кВт в Бангладеше (всего 2% от уровня энергопотребления в США!).
2. Мировое потребление энергии драматически возрастает.
По прогнозу Международного агентства по энергетике (2006 год) мировое потребление энергии к 2030 году должно увеличиться на 50%. Развитые страны, конечно, могли бы прекрасно обойтись без дополнительной энергии, однако этот рост необходим для того, чтобы избавить от нищеты население развивающихся стран, где 1,5 миллиарда человек испытывают острую нехватку электрической энергии.
3. В настоящее время 80% потребляемой миром энергии создается за счет сжигания ископаемых природных топлив (нефть, уголь и газ), использование которых:
а) потенциально несет опасность катастрофических экологических изменений;
б) неизбежно должно когда-нибудь закончиться.
В связи с этим, естественно, возникают следующие серьезные вопросы. Сколько времени еще может продлиться использования природных топлив, особенно с учетом возможных изменений климата планеты? Какие действия должны и можем мы предпринять за это время?
У жителей Саудовской Аравии популярна следующая шутка: «Мой отец ездил на верблюде. Я обзавелся автомобилем, а мой сын уже управляет самолетом. Но вот его сын вновь пересядет на верблюда». Очень похоже, что дела обстоят именно так, поскольку по всем серьезным прогнозам запасы нефти в мире закончатся, в основном, примерно через 50 лет. Даже на основании оценок Геологической службы США (этот прогноз значительно оптимистичнее остальных) рост мировой добычи нефти будет продолжаться не более 20 ближайших лет (другие специалисты предсказывают, что пик добычи будет достигнут уже через 5–10 лет), после чего объем добываемой нефти начнет уменьшаться со скоростью около 3% в год. Перспективы добычи природного газа выглядят ненамного лучше. Обычно говорят, что каменного угля нам хватит еще на 200 лет, но этот прогноз основан на сохранении существующего уровня добычи и расхода. Между тем, потребление угля сейчас возрастает на 4,5% в год, что сразу сокращает упомянутый период в 200 лет всего до 50 лет!
Из сказанного ясно, что уже сейчас мы должны готовиться к окончанию эпохи использования ископаемых типов горючего.
, чем набрать хоть сколько-нибудь значимые концентрации дейтерия (не говоря уже о тритии). Но даже и в отдалённом будущем, крайне маловероятно использование для этой цели термоядерных взрывов - дейтрон (ядро дейтерия) - крайне слабо связанная частица - распадается на протон и нейтрон при облучении мощным гамма-излучением (энергия связи всего 2,23 МэВ - примерно в семь раз меньше, чем в ядрах других атомов), либо при воздействии электромагнитного импульса (протон имеет магнитный заряд, а нейтрон нет), и, соотвественно, при бомбардировке высокоскоростными альфа-частицами.
придётся не выключать "нейтронную пушку" даже после начала термоядерной реакции на поверхности планеты, и превратить планету в звезду, где бы шла самоподдерживающаяся термоядерная реакция у них бы не получилось.
