Две недели назад интернет взбудоражило сообщение Lockheed Martin о некоем прорыве в области удержания горячей плазмы, который позволит через 5 лет построить опытный образец термоядерного реактора, а через десять — поставлять промышленные реакторы размером с прицеп грузовика-тягача и мощностью до 100 МВт. Новости об этом сообщении тут же обросли комментариями в духе: «Ну теперь-то конец нефти!». Однако у людей, более-менее разбирающихся в проблеме, сразу возникло множество вопросов.
Поэтому стоит разобрать сообщение от Lockheed Martin подробнее, чтобы стало понятно, почему данная новость не является научной и, по сути, не является новостью. Всего в свободном доступе оказалось следующее: пресс-релиз компании, в котором существенным был лишь видеоролик-презентация, и расширенная новость издания Aviation Week, авторам которого, по их собственным словам, была предоставлена эксклюзивная возможность ознакомиться с лабораторией и оборудованием.
В пресс-релизе компании написано следующее: ведутся некие работы над компактным реактором синтеза; он будет разработан в течение 10 лет; найден некий подход, который позволяет существенно уменьшить размеры реактора по сравнению с размерами типичных реакторов (судя по всему, имеется в виду концепция токамака и её последнее воплощение в проекте ИТЭР); команда исследователей построит прототип в течение 5 лет; они ищут инвесторов. Более не написано ничего, совершенно никакой конкретики. В видеоролике, приложенном к пресс-релизу, существенную часть времени говорит руководитель команды исследователей. Причём говорит он строго по тезисам, изложенным в пресс-релизе. Также там есть кадры, где несколько человек стоят рядом с установкой в виде небольшого шара и где два исследователя заглядывают в цилиндрическую камеру, в которой установлено одно кольцо. То есть, в видеоролике тоже нет никакой конкретики, которая позволила бы судить о сути проекта.
В этой новости есть принципиальная схема устройства (Рис. 1) и фотография (Рис. 2) той же цилиндрической камеры из видеоролика, но с установленными в ней четырьмя кольцами, вместо одного.
По схеме и фотографии можно сделать однозначный вывод, что на них изображена открытая ловушка с магнитными пробками (в англоязычной научной литературе их называют магнитными зеркалами — magnetic mirrors, это разница в терминологии). Причём на схеме изображён пробкотрон, а на фото — многопробочная ловушка, которая принципиально не отличается от пробкотрона.
Подобный тип магнитной ловушки для удержания плазмы известен уже почти 60 лет. И, будучи впервые реализованным одновременно в СССР и США в 1955 году (Р. Постом и Г. И. Будкером), весьма хорошо изучен. Построено множество подобных ловушек различных модификаций, и уже давно является общим местом, что для реализации управляемого термоядерного синтеза с положительным энергобалансом данный тип малоперспективен. Теоретически положительного энергобаланса достичь можно, но для этого открытая ловушка подобного типа, по разным оценкам, должна иметь значительные линейные размеры (значительно превосходящие даже самые большие токамаки и стеллараторы из построенных, строящихся и только планируемых).
Даже если опустить соображения, приведённые выше, к самой схеме и оглашаемым в статье заявлениям есть ряд существенных вопросов.
Во-первых, в схеме (Рис. 1) и на фотографии (Рис. 2) сверхпроводящие катушки магнитного поля располагаются внутри камеры. С такой компоновкой установки в случае создания плазмы и, тем более, в случае зажигания реакции синтеза эти катушки будут подвержены различным и очень сильным воздействиям. Это и значительный поток светового излучения, от видимого диапазона до рентгеновского, который будет нагревать катушки и затруднять поддержание рабочей температуры сверхпроводника. Это и неизбежный контакт с высокоэнергетичными ионами, электронами и сгустками высокотемпературной плазмы, которые будут разрушать оболочку. Это, в случае зажигания реакции синтеза, и значительные потоки нейтронов, которые будут разрушительно влиять как на оболочку, так и на сам материал сверхпроводника. Даже 10 МВт термоядерной мощности — это суммарный поток порядка 3*1018 нейтронов с энергией 14 МэВ. Для сверхпроводников, которые обычно крайне чувствительны к разного рода воздействиям, подобные потоки могут быть фатальными. По этим причинам катушки магнитного поля обычно располагают снаружи камеры, иногда за дополнительной нейтронной защитой.
Во-вторых, в статье говорится: «…a series of superconducting coils will generate a new magnetic-field geometry»1. Однако с помощью ряда сверхпроводящих катушек невозможно создать новую конфигурацию магнитного поля. Это будет либо конфигурация типа пробкотрон, либо конфигурация типа антипробкотрон. И та, и другая конфигурации за десятилетия исследований были изучены огромным количеством учёных огромного количества стран, так что о каком «new magnetic-field geometry» говорят исследователи из Lockheed Martin, совершенно не понятно.
В-третьих, в последнем абзаце авторы говорят, что на пути к созданию реактора осталось «many key challenges»2. Далее сказано, что, несмотря на это, работы идут очень быстро и что ожидается быстрый прогресс. Данное заявление является крайне смелым. «Many key challenges» возникают при попытке овладения энергией управляемого синтеза уже 60 лет. И для токамаков только сейчас, после десятилетий напряжённой работы тысяч исследователей, основная часть этих ключевых вызовов и трудностей оказалась побеждённой и начал проглядывать конец пути. То есть положение в области УТС с помощью токамаков можно описать как «сдержанный оптимизм». Над проектом, предлагаемым Lockheed Martin, работает в закрытом режиме отдельная и, судя по всему, небольшая группа. Так что быстрого преодоления трудностей ожидать сложно, а заявляемые сроки в 5 и 10 лет, как и заявляемые мощность и размер реактора, кажутся крайне сомнительными.
В-четвёртых, в конце статьи осторожно затрагивается текущее положение дел. А именно авторы говорят, что у них есть какое-то предварительное численное моделирование, что они закончили эксперименты с замагниченными ионами и результаты измерений показывают, что всё работает корректно. Ещё авторы говорят, что они только начинают эксперименты по удержанию плазмы. Проблема тут в том, что удержание отдельных ионов, до тех пор, пока их концентрация мала и не возникает коллективных эффектов, задача несложная. В обычном пробкотроне отдельные ионы, вектор скорости которых удовлетворяет определённому неравенству, могут удерживаться практически бесконечно. Плазма же, в которой часты столкновения и присутствуют разные коллективные эффекты, ведёт себя совершенно по-другому и гораздо сложнее. Фактически, это означает, что каких-либо результатов по удержанию плазмы у них нет совсем.
Подведу итог:
- Представленные данные по проекту вызывают ряд материаловедческих, инженерных и физических вопросов.
- Ничего сказать по поводу «новизны» и «прорыва» нельзя, скорее наоборот.
- Экспериментов с плазмой они ещё не проводили, а без этого совершенно невозможно сказать «взлетит» или «не взлетит».
По этим причинам пресс-релиз и статья в Aviation Week отношения ни к серьёзной науке, ни к серьёзным новостям не имеет.
Это больше похоже на заявку, подаваемую на кикстартер. Нельзя полностью исключить, что какие-то результаты у исследователей из Lockheed Martin действительно могут быть и что они их просто не раскрывают. И зарекаться, что через десять лет они не представят реактор хоть в каком-нибудь виде, тоже не стоит. Однако если бы я увидел такую заявку на кикстартере, с таким же противоречивым и туманным описанием и громкими заявлениями, я бы не стал вкладывать свои деньги в это предприятие. Слишком уж оно слабо похоже на науку и слишком сильно похоже на пиар.
1 «…ряд сверхпроводящих катушек будет генерировать магнитное поле новой геометрии» (англ.).
2 «большое количество ключевых трудностей» (англ.).