Lockheed Martin готовит переворот в энергетике

Лаборатория Skunk Works в 2024 году представит серийный термоядерный реактор, который может изменить облик современной энергетики. Новый реактор мощностью 100 МВт и размером с грузовик пригодится на Земле и в космосе.  Компания Lockheed Martin впервые раскрыла подробности своего проекта T4 по созданию компактного и мощного термоядерного реактора  CFR (Dubbed the compact fusion reactor или сокращенно CFR). Прорывная технология разрабатывается в лаборатории Skunk Works, которая обычно занимается секретными военными разработками. Поэтому неудивительно,что о деталях проекта T4 до сих пор не было известно  - Lockheed Martin в 2013 году лишь сообщала, что такой проект существует. Теперь стали известны технические подробности новой энергетической системы.

 Lockheed Martin обещает показать прототип нового реактора уже через пять лет, а первые серийные образцы начнут работу еще через пять лет. В отличие от современных опытных термоядерныхреакторов, CFR будет в 10 раз компактнее и в 20 раз мощнее.

Современные термоядерные реакторы очень громоздки и дороги. Например,научно-исследовательский ITER при ожидаемой мощности в 500 МВт стоит приблизительно $50 млрд, имеет высоту более 30 м и по завершении строительства будет весить 23 тыс. тонн.  Серийный реактор CFR Lockheed Martin при мощности 100 МВт будет втрое меньше - его можно будет перевозить автомобильным транспортом.

До сих пор большинство конструкций термоядерных реакторов основаны на концепции токамака,разработанной  советскими физиками в 1950-х годах. В токамаках кольцо плазмы удерживается мощным магнитным полем от набора сверхпроводящих магнитов. Еще один набор магнитов индуцирует токи внутри самой плазмы и таким образом поддерживает термоядерную реакцию. Проблема токамаков в том, что они вырабатывают лишь не намного больше электроэнергии, чем уходит на питание этих магнитов, то есть рентабельность у них нулевая.


 Схема термоядерного реактора CFR

В реакторе CFR плазма удерживается с помощью поля особой геометрической формы по всему объему реакторной камеры.  Сверхпроводящие магниты CFR  генерируют магнитное поле вокруг внешней границы камеры, поэтому не нужно очень точное позиционирование линий магнитного поля относительно плазмы, а сами магниты не находятся в активной зоне. При этом растет объем плазмы (а значит и выход энергии), к тому же,чем  сильнее плазма стремится вырваться наружу, тем активнее магнитное поле "заталкивает" ее обратно.  

Реактор CFR объединяет в себе лучшие решения, разработанные для различных проектов термоядерных реакторов. Так, в концах цилиндрической активной зоны ректора находятся магнитные зеркала, которые отражают значительную часть частиц плазмы. Кроме того, есть система рециркуляции, похожая на ту, что используется в опытном реакторе Polywell. Она с помощью магнитного поля захватывает электроны и создает зоны, в которые устремляются положительные ионы. Там они сталкиваются и  поддерживают непрерывную термоядерную реакцию. Все это резко повышает эффективность реактора.

В качестве топлива в CFR используются дейтерий и тритий, которые вводятся в активную зону в виде газа. В ходе реакции термоядерного синтеза образуется гелий-4 и освобождаются нейтроны, которые нагревают стенки реактора, далее работает традиционная схема теплообменников и паровых турбин.

В настоящее время проект находится на стадии разработки прототипа, который будет готов через пять лет. По словам авиационного инженера Lockheed Martin Томаса МакГвайра (ThomasMcGuire), прототип должен подтвердить работоспособность конструкции, в частности обеспечить зажигание плазмы и поддержание термоядерной реакции в течение 10 секунд.

Спустя пять лет после разработки прототипа, то есть к 2024 году, будет изготовлена первая серия термоядерных реакторов CFR, пригодных для промышленного использования.

Реакторы ранних серий будут небольшими, чтобы вписаться в транспортабельные контейнеры размером7х13 м. При таких скромных габаритах электростанция будет вырабатывать рекордное количество энергии: около 100 МВт.

Учитывая параметры первой серии CFR, нетрудно догадаться, что разработкой интересуются американские военные, которым нужны мощные и компактные источники энергии для лазерного и микроволнового оружия. 

На гражданском рынке такие реакторы также могут произвести революцию: компактный безопасный термоядерный реактор мощностью 100 МВт сможет обеспечивать энергией до 80 тыс.домов, причем он легко интегрируется в современную электросеть (в отличие от ветряков и солнечных панелей).

 Более того, CFR – практически идеальная энергоустановка для космических кораблей. С помощью электроракетных двигателей на основе CFR пилотируемые корабли смогут долететь к Марсу всего за несколько недель.