Нови технологии за термоядрен синтез
Термоядрената енергия е златна мечта на човечеството повече от половин век. Първата работа в тази област е извършена в СССР в началото на 50-те години на миналия век, когато Игор Там и Андрей Сахаров предлагат да се поддържа гореща плазма в тороидални камери с помощта на магнитно поле (по-късно такива инсталации бяха наречени токамаци). През 1954 г. в Московския институт за атомна енергия (който тогава беше маскиран като Лаборатория за измервателни уреди на Академията на науките на СССР) започнаха тестове на магнитно навита порцеланова камера, която стана прототип на бъдещите токамаци. Тази схема е включена в проекта на международния експериментален термоядрен реактор ITER, който се строи от 2010 г. близо до френския център за ядрени изследвания в село Кадараш, северно от Марсилия. Той ще работи със смес от тежки изотопи на водорода - деутерий и тритий.
Проектът ITER се оказа твърд орех. При одобрението му се предполагаше, че първият плазмен пожар ще стане през 2015-2016 г., а цената на реактора ще бъде около 5 милиарда долара. Сега началото на работата му е отложено най-рано за 2027 г., а очакваните разходи са скочили десетократно. Американският завод NIF, където се предполага, че ще се извършва термоядрено изгаряне с помощта на лазерно компресиране на деутерий и тритий, не може да се похвали с голям успех. Цената му надхвърли три и половина милиарда долара, но началото на термоядрена реакция е все още много далеч.
Въпреки това, в големите национални или международни програми, светлината не се е събрала като клин. Контролираният термоядрен синтез се прилага от малки частни фирми, които се надяват да решат този проблем по-бързо от държавните гиганти и за сравнително скромни пари. За да постигнат тази цел, те искат да използват нови типовереактори, а понякога и други видове термоядрено гориво.
Най-голям интерес за инвеститорите представлява калифорнийската фирма Tri Alpha с персонал от 150 души, основана през 1998 г. от американските физици Норман Ростокър и Хендрик Монхорст. Обемът на финансирането му надхвърля 140 милиона долара, като част от тези пари идват от България. Анатолий Чубайс е в борда на директорите на Tri Alpha. Фирмата има добри връзки с Института по ядрена физика Будкер в Новосибирск, където миналата година за нея беше построен мощен плазмен инжектор.
Tri Alpha очаква да приложи на практика идеята за линеен противопоточен плазмен реактор, предложена през 1997 г. от Rostoker, Monkhorst и Michl Binderbauer. Неговото гориво ще бъде най-разпространеният изотоп на бор с атомно тегло 11. При температура от около милиард градуса ядрото на бора се слива с протон и образува ядро от въглерод. Това ядро се разпада на алфа частица (хелиево ядро) и ядро на берилий-8, което от своя страна се разпада на още няколко алфа частици. Така че на входа на реакцията имаме протон и ядро бор-11, а на изхода имаме три алфа частици (което е отразено в името на компанията).
Тъй като е практически невъзможно да се нагрее плазмата до един милиард градуса в тороидална камера, Ростокър и колегите му предложиха линеен реактор. Външно прилича на две артилерийски оръдия с противоположни цеви, насочени към централната камера. Тези инсталации ще образуват плазмени вихрови пръстени (така наречените плазмоиди) и ще ги хвърлят един към друг със скорост от 250 км/сек. Плазмоидите трябва да се сблъскат и слеят в централната зона, превръщайки кинетичната си енергия в топлина. За допълнително нагряване на вторичния плазмоид той ще бъде изстрелян с йонни лъчи. Изчисленията показват, че по този начин ще може да сеповишават температурата на плазмата до милиард градуса, което е достатъчно, за да започне термоядрена реакция. Бързите алфа частици трябва да бъдат изпратени в топлообменника, където ще дадат енергия на работното вещество на парната турбина. Фирмата също така проучва възможността за изграждане на магнитен преобразувател, който преобразува енергията на алфа частиците директно в електричество.
Компанията от няколко години провежда експерименти на десетметров стенд C-2, където се разработва технологията за получаване и сливане на плазмоиди. Миналата година тази машина успя да доведе живота на вторичния плазмоид до пет милисекунди, което е много дълго за свръхгореща плазма. Предполага се, че в бъдещия реактор зоната на термоядрено горене ще се захранва постоянно от плазмени вихри и ще може да генерира енергия, докато се доставя гориво. Но това е още далече.
Други стартиращи фирми следват различни пътища. В щата Вашингтон Helion Energy разработва компактен линеен реактор със сблъскващ се лъч, който ще използва конвенционални термоядрени горива деутерий и тритий. Канадската компания General Fusion възнамерява да започне термоядрена реакция чрез компресиране на плазмени пръстени в бързо въртяща се обвивка от разтопено олово, т. нар. лайнер. Тя е събрала 62 милиона канадски долара за тази програма и има над 60 служители. Има няколко по-малки фирми със също толкова екзотични проекти. Засега всички те са далеч от крайната си цел, но в крайна сметка пускането на реактора ITER в най-добрия случай ще трябва да изчака още 13 години.