Термоядрената енергия може да спаси човечеството, но има един „малък“ проблем – горивото

Човечеството все още не е усвоило напълно управляемия ядрен синтез за мирни цели , а вече е изправено пред перспективата за недостиг на гориво за него. Колко критична е ситуацията?

Смята се, че термоядрената енергия може да бъде спасението на човечеството. Въпреки плашещото име, именно управляемият ядрен синтез може да помогне за преодоляването на енергийната и екологична кризи, към които нашата цивилизация с ускоряващи се темпове се движи.

Всъщност учените предвиждаха големи пробиви в тази област още от средата на 20-ти век, но за съжаление все още не сме се научили как да получаваме излишна енергия ,тоест такова количество енергия, което да надвишава количеството енергия, изразходвано за поддържане на термоядрената реакция. Постепенно в тази сфера навлизат все повече малки компании, които са по-малко бюрократични и доста по-бързо реагират на най-новите тенденции в тази област, отколкото големите изследователски институти и международните научни колаборации, такива като международния мега проект в областта на термоядрената енергетика ITER в Южна Франция. Благодарение именно на тях ситуацията, според експертите, наистина в последно време се променя в положителна насока.

Рано или късно учените ще намерят начин да получат повече енергия, отколкото е необходима за работата на реактора, като вече са постигнати и първите успехи в тази насока. Но напоследък експертите започнаха да говорят за нов проблем, който може да подкопае всички усилия на изследователите, а той се състои в това, че на планетата се изчерпват запасите от тритий.

Как работи ядреният синтез

Недостигът на тритий може да се превърне в сериозен проблем за бъдещето на термоядрената енергия. Този изотоп на водорода е гориво за ядрения синтез: ядрата на изотопите деутерий и тритий се сливат в нагрятата плазма, превръщайки се в хелий, освобождавайки неутрони и огромно количество енергия. Именно тази комбинация се счита за най-обещаваща от практическа гледна точка, тъй като деутерий и тритий се топят при сравнително ниска температура.

Ако обаче сме се научили да произвеждаме деутерий от морската вода, имайки възможност за добив на десетки хиляди тонове годишно, то ситуацията с трития е много по-сложна. По последни изчисления в света са останали само 20 килограма тритий, а да се добиват нови количества въобще не е лесна задача. Сега именно тритият може да се смята за едно от най-скъпите вещества на Земята – един грам тритий струва около 30 000 долара.

Експертите казват, че работещите термоядрени реактори ще изискват до 200 кг тритий годишно. Като се има предвид, че много реактори се захранват от тази комбинация от изотопи, в един момент човечеството може да се окаже без тритий.

Допълнително към проблема се добавя фактът, че тритият бързо се разпада. Неговият полуразпад е малко над 12 години и съответно повечето реактори, експериментални и планирани за изграждане, включително ITER, чийто срок за въвеждане в нормална експлоатация е 2035 година, могат да се окажат без гориво за своята работа.

Сега учените произвеждат тритий, използвайки ядрени реактори с тежка вода – специфични реактори за делене, които използват тежка вода в качеството на топлоносител и забавящ флуид. На дадения момент 26 такива реактора произвеждат около 2,5-3 килограма тритий годишно, което е достатъчно за текущите изследвания, но изключително малко за поддържане работата на бъдещите термоядрени реактори.

Дори изграждането на нови “тритиеви заводи” няма да помогне, защото тогава се губи целият смисъл в използването на термоядрения синтез. Учените искат да обуздаят „звездната“ енергия, не защото това звучи страхотно, а защото е много по-безопасен и по-екологичен начин за получаване на енергия. Всъщност това е най-естественият процес във Вселената. А подобно извличане на тритий елиминира цялата чистота на процеса – това е все едно да създадете нова Tesla с бензинов двигател.

Какви са алтернативите?

Учените отдавна знаят за този препъни камък и затова работят усилено за намиране на алтернативни начини за извличане на тритий, а освен това се опитват да го заменят напълно в процеса на ядрен синтез.

В ролята на спасител може да влезе така наречения реактор-размножител – ядрен реактор, който едновременно изгаря горивото и го произвежда. За целта се планира реактор от типа токамак, тоест в момента най-популярното съоръжение за термоядрен синтез с форма на поничка, в което плазмата се удържа благодарение на мощно магнитно поле, да бъде „ завит с одеяло“ от изотопа литий-6, чиито молекули при сблъсък с неутрони от реактора създават „допълнителен“ тритий, който след това може да бъде извлечен и използван за допълнително захранване на реактора.

На теория това е работеща схема, но практическите проучвания все още не са ни достъпни. Първоначално учените очакваха да проведат подобни тестове като част от проекта ITER, но поради почти петкратно раздутия бюджет, тези дейности ще бъдат отложени и „одеалото“ заменено с малки „парчета“ литий, които ще бъдат наредени около токамака.

Пълномащабни проучвания могат да се извършват след 2035 г., когато се очаква да се появят нови поколения реактори. Това обаче далеч не е най-добрият вариант, тъй като в този случай можем да останем без тритий още преди началото на подобни изследвания. Освен това те ще отнемат много време, поради което човечеството може да остане без работещи термоядрени реактори почти до края на века, които всъщност ще стоят без работа, дори учените да намерят начин да укротят ядрения синтез.

Има и други начини за извличане на тритий, но в момента в най-добрия случай те могат да претендират за титлата на резервни стратегии поради твърде високата си цена. Ето защо, много учени започват да стават все по-скептични към ITER и други проекти, използващи тритий за производство на термоядрена енергия и се ориентират в търсенето на други подходящи алтернативи.

Например, калифорнийската компания TAE Technologies се опитва да построи термоядрен реактор, използващ като гориво комбинацията от водород и бор, което може да се превърне в по-достъпна алтернатива на ядрения синтез, базиран на деутерий-тритий. До 2025 година компанията очаква да е в състояние да произвежда повече енергия, отколкото е необходимо за поддържане на реакцията. Това вероятно са твърде оптимистични, но все пак интригуващи планове – ако все пак се намери алтернатива на трития, тогава човечеството все още ще има шанс да стигне до комерсиално печеливша термоядрена енергия.

В същата насока за използване в качеството на гориво от водород – бор11 работят и в австралийския стартъп HB11 Energy. Те използват нова технология, в основата на която лежат по-ранни теоретични разработки на известния австралийския физик-теоретик и съосновател на компанията Хайнрих Хора, за генериране на чиста енергия с помощта на високомощни и прецизни лазери. Последните предизвикват термоядрени реакции между водорода и бора, вместо да нагряват водородните изотопи до температури от стотици милиони градуси, тоест в този случай ядреният синтез не се нуждае от свръхвисоки температури.

Друго спасение може да бъде хелий-3, който може да влезе в ролята на термоядрено гориво. Наскоро учените неочаквано даже за самите себе си откриха изобилието от този изотоп на Земята. Той потенциално може би е десет пъти по-често срещан на планетата, отколкото се смяташе преди. Освен това на Луната също има значителни запаси от хелий-3. Засега това изглежда нереалистично, но в рамките на няколко десетилетия човечеството може да се научи как да извлича полезни ресурси не само на Земята, което би било много полезно в дадения случай.