2 августа 2018

Американская корпорация зарегистрировала патент компактного термоядерного реактора

Американская корпорация Lockheed Martin, ведущая разработки в сфере передовых технологий, получила патент на революционный дизайн для «компактного термоядерного реактора» (КТР, Compact Fusion Reactor — CFR). Это мобильное устройство, которое может быть установлено на грузовиках, самолетах и кораблях.

Разработка КТР стартовала в 2010 году в г. Палмдейл, штат Калифорния. Похоже, что проект продвигался быстрее, чем ожидалось ранее, поскольку на момент начала работ руководитель проекта д-р Томас Макгуайер (Dr. Thomas McGuire) заявлял, что задача состояла в том, чтобы получить работающее устройство через пять лет, а расчеты для коммерческого производства реактора — в пределах десяти.

Два прототипа КТР были представлены корпорацией Lockheed Martin ещё в конце 2017 года. Первый — T4B — имеет размеры два метра в длину и один метр в диаметре при весе примерно в 20 тонн. Он способен производить один мегаватт энергии. Второй прототип — TX — достигает 18 метров в длину, семь метров в диаметре и весит примерно 2 000 тонн. Мощность TX — 200 мегаватт. При этом в Lockheed Martin полагают, что вес TX удастся сократить до 200 тонн.

Те прототипы коммерческих реакторов типа «Токамак», которые разрабатывались на Западе, особенно в США, либо производили энергии меньше той, что необходима для разогрева плазмы до желаемой температуры, либо испытывали проблемы со стабильностью. Все они не соответствовали ожиданиям, несмотря на громадные инвестиции. ДЖЭТ (Объединённый европейский токамак​, JET — Joint European Torus), построенный в Британии, по состоянию на конец 2014 года обошелся в пол-миллиарда долларов. TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor), построенный в США, стоил неизвестное количество миллиардов долларов. (Проект международного экспериментального термоядерного реактора — С.Д.) ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), построенный во Франции, как ожидается, начнет работать в 2025 году. Общие затраты на ITER оцениваются от 22 до 50 миллиардов долларов. По состоянию на июнь 2015 года в него было вложено 14 миллиардов долларов.

В дополнение к «Токамаку» были и устройства других дизайнов, основанные на других процессах, цель которых также была заставить термоядерную энергию работать в целях производства электричества. Но все они были безуспешны. В 1980-х годах одна израильская компания изучала возможность строительства термоядерного реактора для целей электрогенерации в пустыне Негев, но проект оказался нереализуемым. (Подробнее — см. докторскую диссертацию автора «Interactions of D-T neutrons in graphite and lithium blankets of fusion reactors: measurements and calculations», Ben-Gurion University of the Negev, May 1986.)

После того, Lockheed Martin зарегистрировала патент на КТР, д-р Макгауйер дал вэб-сайту «The War Zone» (Зона боевых действий — С.Д.) интервью, в котором он объяснил, что тороидальная геометрия, реализованная в устройстве «Токамак», ограничивает интенсивность давления магнитного поля, которую можно приложить к плазме дейтерия и трития. Аналогией могли бы стать камеры велосипедных колес, которые взрывались бы, если бы их перекачали. Прорыв Lockheed Martin произошел в результате того, что на их устройстве была применена намного более сложная геометрия. Она состоит из ячейки плазмы и сверхпроводимых магнитных полей, приложенных к плазме, что намного повышает эффективность процесса. Как выразился Макгауйер, «вместо того, чтобы велосипедная камера расширялась в воздухе, у нас нечто, похожее больше на трубку, которая расширяется внутри стенки, которая становится все крепче». Он добавил, что эта система регулируется самонастраивающимся механизмом обратной связи, при котором чем дальше идет плазма, тем сильнее магнитное поле давит на нее, чтобы ее сдерживать.

На сегодняшний день отсутствует опубликованная информация об экономических аспектах КТР — объемы средств, которые Lockheed Martin инвестировала в этот проект, ожидаемая цена различных моделей КТР или их эксплуатационные расходы. Однако, основываясь на той информации, которую компания разгласила, представляется, что издержки были довольно низкими.

Более того, согласно оглашенной информации, Lockheed Martin рассматривает свой реактор как многоцелевой, имеющий многочисленные сферы гражданского применения:

  • 100-мегаваттный КТР, который может быть установлен на грузовике, будет в состоянии обеспечить электроэнергией город с населением в 80 000 — 100 000 человек. По оценкам Lockheed Martin, такому устройству потребуется загрузка примерно 12 килограмм дейтериево-тритиевого топлива, чтобы реактор работал один год;
  • КТР мог бы в неограниченных количествах и при низких затратах обеспечивать электроэнергией отдаленные регионы развивающихся стран;
  • КТР можно было бы использовать по низким расценкам для опреснения морской воды и очистки загрязненной воды. По оценкам компании, издержки на опреснение могут быть снижены на 60%;
  •  КТР мог бы быть установлен на морских судах, что позволило бы им ходить по морям на неограниченные расстояния;
  • КТР мог бы быть установлен на гражданских или военных транспортных самолетах — таких, как C-5 Galaxy ВВС США, — что позволило бы использовать их на неограниченные расстояния при беспрецедентных износостойкости и долговечности, расходуя водородное топливо в объемах всего в несколько бутылок в год; и
  •  КТР мог бы ускорить процесс разработки программ космических полетов на большие расстояния.