Стартап взломал секрет энергии Фьюжн (слияния)

В физике есть такая штука, которая называется жизнеспособной энергией слияния. Новый стартап запущен в Вашингтоне компанией Agni Energy Inc: она имеет план для термоядерного реактора.

Существующие ядерные реакторы используют деление — процесс, который освобождает энергию, расщепляя атомы на части. Но деление создаёт радиоактивные побочные продукты; их необходимо собирать и хранить. Слияние противоположно делению – оно означает объединение атомов.

Реакторы слияния соединяют атомы вместе и тем самым выделяют энергию. Но учёным ещё не удалось создать полезный термоядерный реактор, который создаёт больше энергии, чем вводится. Если учёные когда-либо достигнут «горизонта» энергии слияния, эти реакторы будут создавать намного больше энергии, чем при процессе деления; и без вредных побочных продуктов. Этот процесс — как сила солнца. Солнце, как и другие звёзды, является естественным термоядерным реактором, его усилия по воспроизведению процессов продолжаются десятилетиями.

Такие реакторы предполагают слияние двух более лёгких атомных ядер с образованием более тяжёлого ядра, высвобождающего энергию. В отличие от ядерного деления, которое долгое время рассматривалось как «Святой Грааль производства энергии» и используется  обычными атомными электростанциями — слияние способно выделять энергии в несколько раз больше.

Большинство термоядерных реакторов используют один из двух способов: либо нагревают плазму (газ, содержащий ионы) до экстремальных температур, используя лазерные или ионные пучки; либо сжимают плазму магнитами до очень высоких плотностей. Но оба метода деления пронизаны проблемами.

Американская Agni Energy, возглавляемая 25-летним Демитри Хопкинсом, говорит, что разработанный ими проект «луч-цель» фокусируется и контролирует элементы, необходимые для достижения ядерного синтеза более эффективного, чем все предыдущие проекты. Демитри Хопкинс, главный научный сотрудник Agni Energy, утверждает, что новый подход будет использовать как электрические, так и магнитные поля для создания гибридного устройства слияния. Так называемая «пучковая мишень» не пытается сплавить атомы из одного источника; но атомы из пучка сливаются с атомами из мишени. Пучок ионов в этом подходе состоит из дейтерия или тяжёлых ионов водорода с одним нейтроном, а мишень состоит из ионов трития, тяжёлого водорода с двумя нейтронами. В этом подходе используется водород, который является самым лёгким элементом, поскольку, по словам Хопкинса, в слиянии самые лёгкие элементы производят наибольшую энергию.
Магнитные линзы стабилизируют и возбуждают атомы в ионном пучке, а когда луч попадает на мишень, два типа атомов водорода сливаются и высвобождают нейтроны высоких энергий, которые затем могут быть использованы для нагрева воды или силовых ветровых турбин. Слияние создаёт нетоксичный гелий и немного трития, который немного радиоактивен, но может быть использован повторно в качестве топлива.

Эта идея слияния лучей и цели была впервые предложена в 1930-х годах, но до сих пор считалась нежизнеспособной, потому что для её запуска требовалось энергии больше, чем она генерировала. То есть, все существовавшие конструкции имели отрицательный энергетический баланс.

Однако команда нашла новый подход: можно настраивать атомы как в цели, так и в луче, играя со спиновой поляризацией (фундаментальная концепция, которая относится к тому, как вращаются частицы). Путём опрокидывания спинов исследователи могут преодолеть так называемый кулоновский барьер — силы, которые отражают атомы слишком близкие друг к другу. Это минимизирует степень рассеяния атомов, увеличивая собранную энергию.

Конструкция предназначена к тому, чтобы ионный пучок имел самый короткий путь к своей цели и не нуждался в управлени, прежде чем произойдёт слияние. Представитель Agni сказал: «Ожидается, что AGNI достигнет 16 миллионной кратности по эффективности, чем использование угля, и в 10 раз будет эффективнее ядерного деления».

Если метод Агни окажется успешным, то он станет крупным прорывом: процесс слияния станет обычной ядерной электростанцией, а все остальные ядерные реакторы просто устареют.

Форрест Беттон и Эрик Томас разработали небольшую настольную модель ещё в 2011 году и обнаружили, что спиновая поляризация повысила энергоэффективность на два порядка. Однако, будет ли эта схема масштабироваться за пределами рабочей модели?

Даже если бы экзотические состояния спиновой поляризации приводили к рассеянию, «нужно было бы оценить, будет ли энергия, требуемая для создания так называемого экзотического состояния, преодолевать заявленное повышение эффективности реакции» — сказал Дональд Спунг, физик плазмы, работающий над реакциями синтеза в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси.

Джон Фостер, физик-ядерщик из Мичиганского университета, который не участвует в проекте, не считает саму идею невозможной, а просто очень сложной: «Я не говорю «никогда», просто всё это очень сложно, но очень важно». Однако «установлено, что спиновая поляризация значительно повышает эффективность», — сказал он. «Трюк тянет на практику в массовом порядке».

Так, Энергетическая компания PIONEERING заявила, что натолкнулась на способ создания стабильного термоядерного реактора, который может обеспечить мир безграничной энергией в течение десятилетий.

Будет интересно увидеть, чей корабль найдёт горизонт первым. Гонка по созданию термоядерного реактора фьюжн началась — многие компании теперь выделяют ресурсы для разработки метода слияния. Эксперты прогнозируют, что проект станет реальностью в течение 30 лет.