Гонка за достижение чистого прироста энергии

Сейчас мир находится на последнем этапе многолетней гонки за получение чистого прироста энергии от ядерного синтеза. Будет ли конкуренция или сотрудничество ключом к достижению финиша?

Атомная энергия является эффективным, чистым и надежным источником энергии. Тем не менее, угроза расплавлений — среди многих вещей — объясняет, почему ядерное топливо сегодня не питает большую часть мира.

Движение за устойчивое развитие стимулировало гонку за достижение наибольшего чистого прироста энергии от ядерной энергетики, ускоряя исследования и разработки в области термоядерного синтеза.

Приз: Безграничное экологически чистое энергоснабжение

Освоение самоподдерживающейся реакции ядерного синтеза представляет собой практически безграничный источник чистой энергии, не беспокоясь об ужасающих сценариях —, подобных тому, что произошло в Чернобыле в 1986 году и на Фукусиме в 2011 году. Термоядерный синтез минимально способствует глобальному потеплению, которое может предотвратить ухудшение изменения климата.

Помимо экологических соображений, производство электроэнергии посредством реакции термоядерного синтеза дает экономические выгоды и геополитические преимущества. Страна, преимущественно работающая на термоядерном синтезе, может поддерживать низкие затраты на коммунальные услуги, стимулируя предприятия инвестировать и создавать рабочие места.

Чем выше чистый прирост энергии может достичь страна, тем более привлекательным он становится для глобального промышленного сектора —, особенно для игроков с целями ESG, стремящихся арендовать зеленые здания.

Атомная энергетика также обещает самодостаточность. Импорт топлива подвергается манипулированию ценами со стороны экспортеров, пиратству, узким местам на водных путях и военной блокаде, в результате чего импортер подвержен внутренним экономическим, политическим и гуманитарным кризисам.

Энергосамодостаточные страны также могут быть экономически устойчивыми. Они могут использовать свои доходы для диверсификации источников дохода, дальнейшего увеличения своей казны и стать менее уязвимыми к экономическим потрясениям. При меньшем загрязнении воздуха эти страны могут более эффективно укреплять и поддерживать хорошее здоровье населения.

Проблемы: старые и новые недостатки ядерной энергетики

Ядерный синтез обеспечивает силу и сохраняет звезды живыми от миллионов до триллионов лет — — процесс генерации энергии, который может продолжаться вечно. Проблема в том, что воспроизведение солнечного синтеза на Земле означает уменьшение количества солнца на планете с неоптимальными условиями.

Гравитация Солнца создает интенсивное давление, заставляя обычный водород гореть при огромных температурах и плотностях с образованием безвредных изотопов гелия, выдержанных бесконечным временем удержания. Температура поверхности Земли значительно прохладнее, а гравитационное притяжение ее гораздо слабее, чем у Солнца.

Ученые-ядерщики должны использовать тяжелые по нейтронам изотопы водорода — дейтерия и трития — для разработки схем реакций искусственного синтеза, которые работают вокруг более низкой плотности частиц на планете и более низкого уровня ограничения энергии. Дейтерий и тритий более реакционноспособны, чем обычный водород, что делает возможным создание термоядерных реакторов.

В отличие от обычного водорода, это ядерное топливо имеет вредные побочные продукты. Их выходная энергия состоит из потоков энергичных нейтронов, которые

  • Генерируйте больше радиоактивных отходов по объему —, хотя и с меньшей радиоактивностью на килограмм —, чем реактор деления.
  • Вызывают более серьезные радиационные повреждения конструкций.
  • Требуют биологической защиты.
  • Производить оружейный плутоний-239.

Более того, тритий дефицитен в природе. Хотя дейтерий легко доступен в обычной воде, он менее эффективен. Термоядерные реакторы нуждаются в обоих видах топлива для устойчивого достижения чистого прироста энергии.

Ядерное топливо истощает и не обновляется — ученые могут регенерировать тритий только до некоторой степени с помощью литиевого одеяла, частично окружающего реактор. Термоядерным электростанциям необходимо получать тритий из ядерных реакторов деления, что может отпугнуть правительства от их вывода из эксплуатации.

Термоядерные реакторы подвержены паразитному потреблению энергии. Этим объектам требуется электричество для управления плазмой — состояния материи, в котором происходят реакции термоядерного синтеза —, и непрерывного питания внешних вспомогательных систем.

Кроме того, термоядерные реакторы —, такие как делящиеся —, склонны к выделению трития, требуют значительных ресурсов теплоносителя и имеют высокие эксплуатационные расходы.

Марафон ядерного синтеза: США против Китая

Слияние осуществимо, но еще не коммерчески жизнеспособно. Гонка продолжается, чтобы решить эту физическую головоломку, и две страны опережают пакет — США и Китай. Обе страны изучали термоядерный синтез на протяжении десятилетий, хотя у дяди Сэма была 10-летняя фора, когда он начал свой набег на эту футуристическую энергетическую область в начале 1950-х годов.

Американцы до последнего комфортно обгоняли китайцев. Пекин был занят в лаборатории с 2015 года и обошел Вашингтон в рейтинге термоядерных патентов, доказав решимость страны овладеть наукой раньше всех.

Дорожная карта, подготовленная американскими учеными и инженерами в области термоядерного синтеза, опубликованная в 2020 году, возможно, вдохновила Китай на коммерческую программу термоядерной энергетики. США. Руководитель отдела термоядерных энергетических наук Министерства энергетики Дж. П. Аллен утверждает, что программа восточноазиатской страны аналогична их программе и быстро строит свое долгосрочное видение.

Аллен добавляет, что правительство президента Си Цзиньпина тратит на термоядерный синтез вдвое больше, чем американцы, — $1,5 млрд ежегодно. Такими темпами Китай может обогнать США и Европу по термоядерному синтезу с магнитным удержанием — подход к генерированию энергии термоядерного синтеза с использованием магнитных полей — к 2027 году.

Хотя Китай имеет преимущество в государственных расходах, США привлекают больше частного финансирования. С 2022 по 2023 год инвесторы вложили в термоядерный синтез 5,9 миллиарда долларов. Тем не менее, стартапы в стиле фьюжн возникли по всему Китаю, как грибы.

В то время как китайцы вторгаются в магнитный синтез, американцы совершают прорывы в области лазерного синтеза. В июле 2023 года ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии зафиксировали чистый прирост энергии за счет слияния двух атомов лазером с использованием энергии 2,05 мегаджоуля и выработки энергии 3,15 мегаджоуля.

Сотрудничество более 30 стран

Сотрудничество определяет гонку ядерного синтеза так же, как и конкуренцию. Фактически за крупнейшим в мире термоядерным проектом — Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) стоят 33 страны.

Организация ИТЭР также подписала соглашения о техническом сотрудничестве с Австралией, Канадой и Казахстаном, не являющимися членами. Швейцария является неучаствующим членом, в то время как Великобритания выбывает из —, хотя существующие контракты с британскими компаниями и гражданами остаются в силе.

США, Китай, Россия, Индия, Япония, Южная Корея и 27 членов Европейского Союза объединились, чтобы построить самый большой на планете токамак — — устройство в форме пончика для удержания магнитного синтеза. На юге Франции он еще строится. После ввода в эксплуатацию это проложит путь к производству термоядерной энергии на промышленном уровне.

Ассоциация государств Юго-Восточной Азии (АСЕАН) также инициировала программу термоядерного синтеза. Школа АСЕАН по плазме и ядерному синтезу имеет жизненно важное значение для продвижения исследований в этой новой области. Он позволяет международным экспертам делиться своими знаниями и опытом с молодыми исследователями из Юго-Восточной Азии, вдохновляя следующее поколение ученых-фьюжн.

Международное агентство по атомной энергии и Организация ИТЭР поддерживают эту инициативу, способствуя обучению передовым теориям и методам, подготовке персонала, а также будущим сравнительным и совместным экспериментам.

Финишная черта: когда мир достигнет устойчивого чистого прироста энергии?

Гонка за получением чистого прироста энергии от термоядерного синтеза может продлиться до 2030-х или 2040-х годов.

Хотя только время покажет, какая страна или страны будут править безраздельно, мир выиграет —, в зависимости от того, кто достигнет финиша первым.

Гонка за почти безграничной чистой энергией — это не игра с нулевой суммой, поэтому будут только отстающие, без проигравших.

В контексте событий

+ There are no comments

Add yours