Ядерный бум: четыре новых реактора за месяц

"Оборонный" миниреактор

Вчера представители компании Lockheed Skunkworks, которая является подразделением известной оборонной компании Lockheed Martin (активно сотрудничает с Пентагоном), объявила о создании новых компактных реакторов ядерного синтеза. Они будут производить гораздо меньше отходов, чем заводы, работающие на угле, поскольку планируют  использовать дейтерий-тритиевое топливо. Оно может генерировать почти в 10 миллионов раз больше энергии, чем ископаемое в эквивалентном объеме. Сверхплотный дейтерий, изотоп водорода, добывают в океане, а тритий - из природных месторождений лития. Предполагается, что термоядерные реакторы будущего смогут работать абсолютно без радиоактивных побочных продуктов.

Реактор Lockheed Martin гораздо меньше, чем другие реакторы термоядерного синтеза (его размер - всего 2,5 на 3 метра), а рабочая камера имеет форму цилиндра. Это позволяет сосредоточить в ней более сильные магнитные поля, а соответственно, плазма не касается стенок камеры и не происходит утечки энергии. Lockheed Martin планирует представить полностью завершенный рабочий проект в течение года, а на постройку полноценного рабочего реактора уйдет до 10 лет.

Небольшой размер нового реактора позволит устанавливать его даже в кузове грузовика, который станет своего рода мобильной электростанцией, способной доставить энергию в самые труднодоступные места. Мощности реактора в 100 мегаватт хватит для того, чтобы обеспечить энергией около 100 тысяч стандартных домов. Кроме того, установка небольших реакторов  на кораблях полностью устранила бы необходимость в других источниках топлива, которые порождают логистические проблемы. На данный момент подводные лодки и авианосцы работают преимущественно на ядерной энергии, но их гигантские реакторы можно заменить на более безопасные и менее вредные реакторы на основе синтеза.

За последние годы Lockheed нередко принимала участие в различных альтернативных энергетических проектах с целью компенсировать падение военных расходов в Европе и США. Работа Lockheed над термоядерной энергией может помочь в разработке новых источников энергии на фоне нарастающего дефицита и сопутствующих проблем в энергетике. Прогнозы показывают, что потребление энергии в следующем поколении вырастет на 40-50%.

Младший брат ITERa

Dynomak - новый реактор ядерного синтеза, созданный учеными из Вашингтонского университета. Считается, что такие реакторы более безопасны, чем работающие на расщеплении ядер тяжелых элементов: они не могут расплавиться, взорваться, выбросив в окружающую среду радиоактивные вещества, а и при их работе не выделяется высокорадиоактивных токсичных отходов. Кроме того, их строительство обходится относительно недорого: так,  сооружение полномасштабного варианта реактора Dynomak составит десятую часть суммы, которая уже вложена в знаменитый европейский реактор ITER. Ученые Вашингтонского университета сравнили сооружение Dynomak с затратами на строительство угольной электростанции. Так, термоядерный завод по производству 1 гигаватта энергии обойдется в $2,7 млрд, тогда как угольный завод с такой же мощностью - $2,8 млрд. 

Основой конструкции Dynomak является технология системы криогенной накачки, разработанная учеными для использования в реакторе ITER. Но камера Dynomak имеет не форму тора, как у ITERа, а более простого геометрического тела - сферы. Такая форма позволяет создавать  большую часть магнитных полей, передвигая электрические токи в самой плазме. Это снижает количество необходимых материалов и значительно уменьшает  общий размер реактора.

Конструкция установки создает магнитное поле внутри закрытого пространства, удерживая плазму на месте достаточно долго, чтобы начался синтез. Реактор будет постоянно нагревать плазму для поддержания термоядерных условий. Тепло нагреет хладагент, который будет вращать турбину и генерировать электричество по аналогии с обычным энергетическим реактором. Ученые говорят, что в перспективе Dynomak сможет по мощности в пять раз превзойти ITER. Сейчас же концепция по размерам в десять раз меньше финального варианта, соответственно, и выходная мощность.

Приватный реактор

Начинают инвестировать в термоядерные стартапы и частные компании. Так, венчурные компании Y Combinator и Mithril Capital Management инвестировали $1,5 млн в компанию Helion Energy, ядерный реактор которой должен побить все существующие рекорды по выходу и затратам энергии. 

Helion разработали ученые одного из департамента MSNW Вашингтонского университета, занимавшегося разработками в области физики плазмы. Со временем ученые создали собственную компанию, Helion Energy, их главной целью стало использование достижений электроники из других областей для создания термоядерного реактора нового поколения. Ученые делают упор на оборудование, которое уже существует или скоро будет выпущено, соответственно, проект не потребует глобальных дополнительных инвестиций и его реализация займет минимум времени.

Технология основаны на том, что  реактор преобразует два шарика дейтериевого топлива в плазму, а затем смешивает их в специально спроектированной камере. Магнитное поле сжимает эту плазму, нагревая ее до температуры более 100 млн градусов, чтобы сплавить дейтерий с группой ядер гелия, оставшихся в камере от предыдущих циклов нагрева. В результате освобождаются заряженные субатомные частицы, которые отбрасываются силой магнитного поля, преобразуя нагретую плазму непосредственно в электричество - оно дает энергию для следующего цикла. Каждый цикл длится одну секунду и может быть использован для создания реактора мощностью в 50 мегаватт. Разработчики утверждают, что реакторы Helion обеспечат мир надежной, чистой и почти бесконечной энергией.

Зеленая установка

Компания Hitachi разрабатывает реактор, способный в качестве топлива использовать ядерные отходы. Он будет извлекать энергию, перерабатывая слаборадиоактивные трансурановые элементы ядерных отходов в сильнорадиоактивные элементы с временем жизни около 100 лет. Ноу-хау Hitachi позволит навсегда избавиться от проблемы хранения ядерных отходов.
Создание такого реактора является далеко не новой идеей, в конструкциях некоторых из уже существующих установок используются модули, которые позволяют заменять некоторую часть топлива ядерными отходами.

Но компании Hitachi разработала принципиально новый реактора типа RBWR (Resource-renewable Boiling Water Reactors). В основе проекта - создание топливного элемента нового типа, в котором будет находиться обычный уран наряду с некоторым количеством предварительно обработанных и немного очищенных ядерных отходов. Такие топливные тепловыделяющие элементы могут быть установлены в стандартных водяных ядерных реакторах. Экономический эффект будет достигаться за счет получения энергии от эффективного деления трансурановых элементов, которое проходит в особых режимах работы реактора.