Безнейтронный термояд

Если ещё не слышали, то советую почитать о последних достижениях в области безнейтронного термояда (Nature News, Лента.ру, Компьюлента).

Если вкратце, суть такова: лазером разгоняем протоны и посылаем их на ободранные другим лазером ионы бора-11. Идёт термоядерная реакция синтеза с образованием возбуждённого углерода-12, который тут же распадается на альфа-частицу и бериллий-8, который в свою очередь также распадается на две альфа-частицы. Профит!

Схема безнейтронного термоядерного синтеза

Эта реакция была известна и раньше, но в опубликованном эксперименте удалось десятикратно увеличить её эффективность.

Всё это здорово и, безусловно, перспективно. Безнейтронный термояд обладает рядом преимуществ, в частности, при его использовании отпадает необходимость в усиленной радиационной защите, альфа-частицы остановить в разы проще, чем нейтроны (мы это немного обсуждали в одном из прошлых топиков про NIF). Я уж не говорю о стоимости бора по сравнению с тритием. Но мне хотелось бы обратить внимание на один немаловажный аспект.

В чём достоинство обычного нейтронного, скажем, дейтерий-тритиевого термояда? В хорошей масштабируемости. Рождённые в результате реакции альфа-частицы поддерживают высокую температуру горения и, тем самым, инициируют новые реакции, рождающие новые альфа-частицы. Главное — достичь критерия Лоусона, после этого эффективность растёт экспоненциально, увеличили размеры системы или время удержания в два раза — а выход энергии вырос в десять раз. И если достижения зажигания — это задача научная (побороть неустойчивости, обеспечить эффективный нагрев и т. д.), то дальнейшее увеличение размеров — это больше задача инженерно-техническая.

В случае безнейтронного термояда по предлагаемой схеме всё не так. Нагрев бора рождёнными альфа-частицами неспособен увеличить количество реакций, а поэтому ваш Gain, то есть выигрыш по энергии, жёстко ограничен сверху. И этот Gain не так уж высок (оценки, найденные ЖЖ-пользователем kurgus, показывают, что в лучшем случае получится в 10–20 раз больше энергии), поэтому требуется высокое КПД преобразования энергии на всех этапах установки. В частности, для лазерного ускорения ионов даже теоретические модели дают (в более-менее реалистичных условиях) преобразование не более трети энергии лазерного излучения в протоны. А есть ещё и немалые потери при лазерном усилении! Даже если использовать относительно узкополосную диодную накачку, КПД мощного лазера вряд ли превышает те же 30 %.

Вот и получается, что масштабирование безнейтронного термояда выход энергии не увеличивает, то есть достижение заметного положительного выхода — задача не инженерная, а чисто научная, а следовательно, малоперспективная с точки зрения реального применения. Собственно, и сами авторы исследования подчёркивают, что не об электроэнергетике пока думают, а о лабораторной астрофизике звёзд. Но, как бы то ни было, интересно будет посмотреть, как это всё будет развиваться, могу в своих рассуждениях и ошибаться.


Эта статья изначально была опубликована в моём блоге в ЖЖ.

comments powered by Disqus