Как синхронизированные удары молотком могут произвести ядерный синтез

Наше энергетическое будущее зависит от ядерного синтеза. Так считает Мишель Лаберже — учёный-физик, изучающий плазму. Мишель управляет небольшой компанией с грандиозной идеей создания нового вида ядерного реактора, который сможет производить чистую и дешёвую энергию. В чем его секрет? Большая скорость, высокая температура и сокрушительное давление. В этом обнадёживающем выступлении учёный объясняет, что ядерный синтез уже на пороге.

Ой, как ярко!

А сколько энергии на это тратится…

В общем-то и то,
что вы все прилетели сюда

говорит
о некоторых энергетических затратах.

Итак, нашей планете
нужно очень много энергии

и пока для её получения мы используем
преимущественно ископаемое топливо.

Мы жгём газ.

И делаем это достаточно успешно.

Благодаря газу мы многого добились,
но нам пора остановиться.

Мы не можем продолжать
жить также и дальше.

Поэтому сейчас мы исследуем
другие типы энергии,

альтернативный вид энергии,

но, оказалось, что достаточно тяжело
найти что-то,

такое же удобное и экономичное,

как нефть, газ и уголь.

Лично я выбираю атомную энергию.

Она даёт очень хорошую мощность
при минимальных затратах,

обеспечивает бесперебойный
и надёжный источник энергии,

и не выделяет CO2.

На сегодняшний день
нам известны два способа

получения атомной энергии:
расщепление и синтез.

Если говорить о расщеплении,
то мы берём большое атомное ядро

и делим его на две части,

в результате чего высвобождается
огромное количество энергии.

Так работает
современный атомный реактор.

Работает достаточно хорошо.

Но существует ещё и синтез.

Синтез мне нравится.
Синтез намного лучше.

Вы берете два небольших атомных ядра,

соединяете и получаете гелий,

что очень хорошо.

Получается много энергии.

Это естественный процесс
получения энергии.

Солнце
и все остальные звезды во вселенной

живут именно за счёт синтеза.

Атомная электростанция,
работающая на принципах синтеза,

была бы очень экономичной,

а также достаточно безопасной.

В процессе её работы выделяются
только быстроразлагающиеся радиоактивные отходы,

и она не может расплавиться.

Топливо для синтеза берётся из океана.

Топливо,
которое можно извлечь из океана,

стоит около одной тысячной цента

за киловатт в час. Это очень дёшево.

Если бы вся планета существовала
за счёт синтезированной энергии,

и мы бы могли добывать её из океана,

полученной энергии нам бы хватило
на миллиарды и миллиарды лет.

Но если синтез — это так здорово,
почему же мы до сих пор им не пользуемся?

Где он?

Всегда есть одно «но».

Синтез очень-очень сложно произвести.

Проблема в том, что эти два атомных ядра

имеют положительные заряды,

так что они не хотят соединяться.

Они двигаются либо так, либо так.

И, чтобы заставить их встретиться,

нам нужно столкнуть их друг с другом
на очень большой скорости.

Если скорость будет достаточной,

и они смогут преодолеть
силу отталкивания,

они соприкоснутся и произведут энергию.

Скорость частиц

измеряется температурой.

Температура, необходимая для синтеза,

равна 150 миллиардов
градусов Цельсия.

Довольно-таки тепло,

и именно поэтому
синтез так тяжело организовать.

Я немного помешался на синтезе,

когда работал над диссертацией здесь,
в университете Британской Колумбии,

а потом устроился на очень важную работу
в сфере лазерных принтеров,

обеспечивал принтерами
полиграфическую промышленность.

Там я проработал 10 лет,

мне стало скучновато, а потом мне

исполнилось 40 лет и я оказался
в пучине кризиса среднего возраста.

Ну, вы знаете, как обычно:

Кто я? Что дальше делать?

Что я должен делать? Что я вообще могу?

И тогда я оглянулся на свою работу,

и ведь я занимался вырубкой леса

здесь, в Британской Колумбии,

и засыпал всех, всех вас,

сотней тысяч писем спама.

То, что я увидел,
не очень-то меня порадовало.

И кто-то на моем месте покупает Порш,

другие заводят любовницу.

Но я решил внести свою лепту в решение
проблемы глобального потепления

и сделать так,
чтобы синтез стал реальностью.

Первое, что я сделал —

проштудировал литературу и понял,

как работает синтез.

Физики уже некоторое время
работали над теорией синтеза

и пришли к одному из способов
осуществления синтеза

при помощи так называемого токамак.

Это большое кольцо,
собранное из магнитных катушек,

сверхпроводящих катушек,

и внутри этого кольца

создаётся магнитное поле,

в середине заключён горячий газ,

который называется плазма.

Частицы двигаются по кругу

вдоль стенок.

Потом туда добавляется
огромное количество теплоты,

чтобы достичь температуры,
необходимой для синтеза.

Так выглядят
один из этих пончиков изнутри.

Справа вы можете видеть

термоядерную плазму, заключённую внутри.

Есть и другой способ
сделать то же самое —

с помощью лазерного
термоядерного синтеза.

В процессе лазерного термоядерного
синтеза вы берете мячик для пинг-понга,

помещаете термоядерное топливо в центр,

и воздействуете на это всё лазером
со всех сторон.

Лазеры очень мощные, они сжимают

мячик для пинг-понга очень-очень быстро.

И если вы сжимаете
что-то достаточно сильно,

оно нагревается,

и если это происходит очень быстро,

а это занимает
всего одну миллиардную секунды,

то высвобождается
достаточно энергии и тепла,

чтобы произвести синтез.

Так выглядит
одна из таких машин изнутри.

Вы можете видеть луч лазера и шарик

в центре.

Многие люди считают, что теория синтеза
никогда не реализуется на практике.

Обычно они думают, что учёные-физики
сидят в своих лабораториях,

усердно трудятся,
но в итоге нет никакого результата.

Вообще-то это не так.

На этом графике показан
рост использования синтеза

за последние 30 или около того лет.

Как вы можете видеть,
сейчас мы синтезируем энергии

в 10 000 раз больше по сравнению с тем,

когда мы только начинали.

Достаточно хороший результат.

На самом деле,
развитие идёт так же быстро,

как и развитие легендарного закона Мура,

который определил
количество транзисторов,

которые можно установить на чип.

Эта точка в центре экрана
называется СЕТ —

Совместный Европейский Тор

Это большой
термоядерный пончик в Европе.

И в 1997 году эта машина

произвела 16 мегаватт
синтезированной энергии

с использованием 17 мегаватт теплоты.

Вы можете сказать, что толку то мало,

но мы очень близки к разрешению задачи,

если учесть,
что сейчас мы можем произвести

в 10 тысяч раз больше,
чем в самом начале.

Вторая точка называется НКЗ —

Национальный комплекс зажигания.

Это большая лазерная машина в США.

И в прошлом месяце они объявили

с достаточно широкой оглаской о том,

что они смогли
синтезировать энергии больше,

чем та энергия,

которая была заложена
в центр мячика для пинг-понга.

Это не так уж и хорошо,

потому что лазер, использованный
для помещения этой энергии внутрь,

сам по себе был энергозатратным.

Но всё равно результат хороший.

А это ИТЭР,

произносится по-французски как ИТЭЭ.

Это уже продукт
сотрудничества нескольких стран,

которые строят
гигантский магнитный пончик

в Южной Франции.

Эта машина по завершению

должна будет произвести 500 мегаватт
синтезированной энергии

с использованием всего 50 мегаватт.

И это уже действительно что-то.

И она будет работать.

Специальная машина,
чтобы производить энергию.

Если вы посмотрите
на этот график, то заметите,

что две эти точки находятся немного

правее от линии графика.

Наше продвижение вперёд
слегка застопорилось.

На самом деле, сейчас наука уже готова

изобрести такую машину,

которая будет производить
синтез дальше по кривой.

Однако произошли
кое-какие политические вмешательства,

и желание исполнить задуманное
не воплотилось,

поэтому точки сдвинулись вправо.

Например,
ИТЭР могла бы уже быть построена

ещё в 2000 или 2005.

Но, т.к. это проект
международного сотрудничества,

и без политики никуда,
всё пришлось немного отложить.

Например, потребовалось три года,

чтобы выбрать место, где её строить.

Кроме того, синтез часто критикуют

за то, что он слишком дорого стоит.

Да, чтобы выйти на сегодняшний уровень,

нам потребовался миллиард долларов

или два миллиарда долларов в год.

Но давайте сравним с затратами

на открытие закона Мура.

Это знание стоило человечеству
намного больше.

Результатом открытия закона Мура

стал вот этот телефон у меня в кармане.

Этот телефон и возможность
выхода в Интернет с него

стоил около одного триллиона долларов.

Столько денег просто для того,
чтобы я мог сфотографировать себя

и выложить фото на Фейсбук.

И когда мой отец увидит моё фото,

он будет мной очень гордиться.

Также мы тратим
около 650 миллиардов долларов в год

на вложения в нефтегазовую отрасль

и сферу возобновляемой энергии.

Это уже половина от того,
что мы бы тратили на синтез.

Поэтому лично мне
синтез не кажется таким уж дорогим.

Более того, я думаю,
что цена только кажется большой,

если учесть, что так мы можем
решить свои энергетические проблемы

по крайней мере
на два миллиарда лет вперёд.

Я, конечно, много могу говорить об этом,
но моё мнение субъективно,

потому что я являюсь
основателем компании по синтезу,

и у меня даже нет странички в Фейсбуке.

Когда я только основал
компанию по синтезу в 2002 году,

Я понимал, что не смогу
конкурировать с большими компаниями.

У них было намного больше ресурсов
по сравнению со мной.

Поэтому мне необходимо было
найти решение,

которое бы оказалось быстрее и дешевле.

Магнитный и лазерный синтез —

хорошие аппараты.

Это отличное достижение
в области технологий.

Удивительные устройства,
которые показали,

что синтез можно сделать.

Однако если рассматривать их
с точки зрения электростанции,

то для этих целей
они не достаточно хороши.

Их размеры слишком велики,
а устройство слишком сложное,

плюс это всё слишком затратно,

и они не очень ладят

с синтезируемой энергией.

Когда происходит синтез,
энергия выделяется в виде нейтронов,

быстро двигающихся нейтронов,
которые получаются из плазмы.

Эти нейтроны
сталкиваются со стенками аппарата

и наносят ему урон.

Кроме того, вам нужно собрать тепло,
исходящее от этих нейтронов

и направить пар,
что бы тот раскручивал где-то турбину.

Но при разработке тех устройств,

понимание этого пришло уже потом.

Поэтому я подумал, что обязательно
должен быть другой способ решения задачи.

Тогда я опять вернулся к книгам

и прочитал всё, что мог, о синтезе.

Один из способов привлёк моё внимание.

Он называется Магнитный Целевой Синтез,

или сокращённо МЦС.

Итак, как устроена конструкция МЦС:

берём большой чан,

наполняем его жидким металлом,

потом раскручиваете жидкий металл

чтобы получилась воронка в центре,

тоже происходит и у вас в раковине:

когда вы вытаскиваете пробку в раковине,
появляется воронка.

Дальше в действие вступают поршни,
которые работают

за счёт давления извне,

и прижимают жидкий металл

к плазме, которая по мере сжатия

нагревается подобно лазеру,

и в итоге происходит синтез.

Так что получается,
что это устройство —

это смесь между магнитным

и лазерным синтезом.

И у нового устройства
есть два существенных преимущества:

жидкий метал поглощает нейтроны,

и они не бьются в стенку,

поэтому нет никакого ущерба аппарату.

Жидкий металл нагревается,

и это тепло
можно выводить на теплообменник,

произвести пар, раскрутить турбину.

Таким образом, очень удобно организовать

эту часть процесса.

И, наконец, вся энергия,
затраченная на синтез,

идёт от поршней,
приводимых в движение с помощью пара,

что намного дешевле лазера

или сверхпроводящих катушек.

Да, всё это хорошо,

кроме одного —
это аппарат не совсем сработал.

(Смех)

Всегда есть одно «но».

Когда процесс сжатия завершён,

плазма остывает быстрее,

чем скорость сжатия.

Если в процессе сжатия

плазма всё остывает,
и остывает, и остывает,

то ничего не происходит.

Когда я заметил это,
то сказал: «Как же обидно!»

Идея-то очень хорошая.

Так что, может быть,
я смогу её доработать.

Я подумал об этом в течение минуты

и сказал:
«Хорошо, как мы можем это улучшить?»

И тогда я подумал об ударной силе.

Что если мы возьмём большой молот,

замахнёмся и ударим по гвоздю вот так.

И в место, где молот
соприкасается со шляпкой гвоздя,

засунуть, установить устройство.
Не, не получится.

Так родилась мысль

использовать идею ударной силы.

Мы ускоряем паром поршни,

на это нужно некоторое время,

а потом — бам! ударяем по поршню,

и, бац!, тут же получаем всю энергию,

которая тут же переходит в жидкость,

которая сжимает плазму намного быстрее.

И я подумал, что да, это может
сработать, давайте попробуем воплотить.

Тогда мы построили
этот аппарат в этом гараже.

Собрали небольшое устройство,

с помощью которого нам даже удалось

добыть немного нейтронов.

Это были маркетинговые нейтроны,

и с их помощью,

я заработал около 50 миллионов долларов

и нанял 65 человек. Это моя команда.

А это то, что мы хотим построить.

Это будет большой аппарат

около трёх метров в диаметре

внутри циркулирует жидкий свинец,

в центре — большая воронка,

помещаем плазму сверху и снизу,

поршни толкают сбоку,

и, бам!, происходит сжатие,

и производится
некоторое количество энергии,

а нейтроны оседают в жидком металле.

Всё это будет соединяться
с паровым двигателем и турбиной,

а часть пара будет использована,

чтобы приводить поршни в движение.

Этот процесс
будет повторяться раз в секунду,

и в итоге мы произведём
100 мегаватт электричества.

Хорошо.
Дальше мы построили этот инжектор,

который произведёт начальную плазму.

Он производит плазму температурой

около трёх миллионов градусов Цельсия.

К сожалению, надолго её не хватает,

и нам нужно немного увеличить
продолжительность жизни плазмы.

Но в прошлом месяце
уже наблюдались кое-какие улучшения,

так что сейчас у нас есть
плазма для сжатия.

Потом мы построили небольшую сферу,
примерно таких размеров,

и 14 поршней вокруг,

которые будут сжимать жидкость.

Однако плазму не так-то легко сжать.

Когда её сжимают,

она немного деформируется вот так,

и нужно очень хорошо подгадать время,

когда должны работать поршни.

Для этого мы используем
несколько систем управления,

что было невозможно в 1970.

А сейчас мы можем это сделать

при наличии чудесной новой электроники.

В заключении хочу сказать,
что многие люди считают, что синтез —

это технология будущего,
которая никогда не станет реальной.

Но на самом деле, технология синтеза
практически воплощена.

Мы почти сделали это.

Исследования в серьёзных лабораториях
показали, что это возможно.

И теперь об этом
задумались компании поменьше,

которых больше интересует
не возможность сделать это,

а как сделать это
экономически-эффективным.

General Fusion — это одна
из этих маленьких компаний.

Я надеюсь, что очень скоро кто-нибудь

сможет расколоть этот орешек.

Возможно, это будет General Fusion.

Спасибо большое.

(Аплодисменты)