Автор: wpadm

В прошлых постах мы говорили о том, что в своем развитии человечество достигло своеобразного «стеклянного потолка». Для движения вперед необходима энергия. Много энергии. Но добыча оной имеющимися у нас на сегодняшний день способами неизбежно ведет к губительным климатическим последствиям для всей планеты.

Как же быть? Выход один – осваивать новые способы. Тем более, что они найдены, некоторые даже досконально исследованы. Об этом мы уже говорили здесь. Отдельные способы, более того, испытаны и на практике подтвердили теоретически рассчитанные  показатели. Я имею ввиду термоядерный синтез. Во-первых, испытания были проведены путем взрыва термоядерных боеприпасов различной мощности (было это в середине прошлого века и, к счастью, носили единоразовый характер). Во-вторых, в мире построено и эксплуатируется большое количество лабораторных экспериментальных установок с управляемым, в отличие от первого, процессом синтеза (УТС), которые, по задумкам ученых и инженеров, являются прообразом промышленных энергетических установок будущего.

Сразу оговоримся, что приставка «термо-» — чисто техническая и говорит о том, что выход энергии в обсуждаемом нами случае осуществляется в виде высокотемпературной плазмы, тепло которой используется для традиционной тепловой генерации электричества (вода – пар – паровая турбина – электрический генератор — электрический ток). Данный процесс сопровождается высоким выделением вредного мусора – нейтронов, которые являются источником радиоактивного заражения деталей реактора. Есть и другие виды ядерного синтеза, теперь уже без «термо-» — это так называемые безнейтронные, более чистые реакции, продуктом которых является поток заряженных протонов, направляя который через магнитное поле, можно генерировать электрический ток, минуя промежуточную тепловую стадию. Здесь мы будем говорить именно про термоядерный синтез, так как безнейтронный способ достаточно сложен и является совсем уже далекой перспективой.

Как же работает ядерный синтез? В отличие от реакций ядерного распада, в которых ядра радиоактивных элементов делятся с образованием новых, более легких элементов (я рассказывал об этом в прошлый раз), при синтезе, наоборот, из легких химических элементов образуются более тяжелые с выделением большого количества энергии. Такие реакции возможны только с участием самых первых, то есть самых легких элементов таблицы Менделеева – водорода, гелия, лития и их изотопов. О чем это говорит? А это говорит о том, что запасы топлива для энергетики, построенной на использовании ядерного синтеза практически неограниченны – водород, гелий и литий – самые распространенные вещества во Вселенной!

На самом деле, ученые не придумали идею ядерного синтеза, а подсмотрели ее у природы. Солнце и большинство звезд, о которых мы знаем «работают» и генерируют тепло как раз за счет термоядерного синтеза. Наше Солнце – гигантский резервуар, заполненный водородом, который «горит» при очень высоких давлениях и температурах, образуя массу сопутствующих продуктов, основные из которых – гелий, а также поток протонов, нейтрино и гамма-частиц, которые разносят высвободившуюся в процессе реакции энергию по всем закоулкам окружающего космического пространства, включая Землю. Доля нашей планеты от этого «энергетического пирога» составляет около 2 кВт/ч на каждый квадратный метр поверхности в течение светового дня. Не так уж и мало.

Так вот, ученые, а в первых рядах основателей технологий практического использования УТС стоят советские физики Лаврентьев, Сахаров, Тамм, Арцимович и другие, придумали как создать маленькое Солнце, а при желании – и не одно в условиях Земли. Отличие процесса искусственного земного термояда от звездного в том, что для того, чтобы «зажечь» реакцию, космические светила используют гигантскую гравитацию, а земные ученые и инженеры вынуждены использовать для этого высокую температуру, так как создать, даже в условиях современных лабораторий, высокие гравитационные поля мы пока не научились.

Итак, из всех перспективных источников энергии УТС – наиболее проработанный с точки зрения фундаментальной науки. Все проблемы, которые нужно решить для того, чтобы стало возможным использования термояда с пользой для человека – сугубо инженерные. Основная из них – это удержать плазму, температура которой достигает нескольких миллионов градусов, в пределах ограниченного объема подальше от обычного вещества. Ни один материал, которым обладает человек сегодня, не способен выдержать столь высоких температур. Единственный «сосуд», в котором можно «варить термоядерный бульон» — это сконфигурированное особым образом мощное электромагнитное поле.

Но об этом – в следующий раз.

В заключении – традиционный дайджест некоторых событий и публикаций, имевших место за прошедшую неделю:

1. Глава ЦБ Эльвира Набиуллина заявила, что продовольственная инфляция в России достигла двузначных значений.
2. Поможет ли водород выиграть в топливной эффективности?
3. «Слабый пульс» декарбонизации, ускорение инфляции и влияние политики на здоровье.
4. Что не так с итогами климатического саммита COP26?
5. Куда делся хаос? Распаковка стабильности.
6. Как в Сальвадоре майнят биткоины с помощью вулканов.
7. Россия стала одним из лидеров по распространенности финтехуслуг.
8. Прогнозируемая стоимость унции золота в 2022 году может составить 1,8 тыс. долл.
9. Освобождение от труда. ВЭФ описал позитивный сценарий повсеместного внедрения ИИ.

Ну и соцсетевое:

1. Молиться, поститься, каяться перед планетой.
2. Глобальное потепление и инфляция.
3. Миллионы людей живут в условиях теплового стресса на грани выживаемости.
4. В будущем реклама появится даже в сновидениях.
5. Литий — новая нефть?

Во всех предыдущих постах, объединенных темой «Спасение утопающих», я последовательно вел вас к выводу о том, что для дальнейшего процветания (о существовании в принципе речь, слава Богу, пока не идет) человечества, ему неизбежно придется освоить такие уровни энергии, которые позволили бы управлять глобальными процессами, формирующими нашу окружающую среду – погодой, океаническими течениями, перемещением атмосферных воздушных масс, распределением растительности и ледяного покрова на планете и другими. Именно так – ни больше, ни меньше. Для сохранения достигнутого человечеством уровня комфорта ему нужно научиться управлять климатом, а это, в свою очередь, требует экспоненциального увеличения производства энергии. Оставим вывод данного утверждения на долю последующих, более философских измышлений, к которым я планирую перейти несколько позже. Сегодня просто постулируем и все.

Итак, возможно ли управлять климатом целой планеты? А почему бы нет? Для этого достаточно в нужных точках планеты создать энергетические потенциалы. Собственно, все так и происходит. Солнце неравномерно, в зависимости от суточных или годовых циклов, нагревает поверхность Земли. За счет этого на разных участках поверхности суши или океана возникает разность температур, нагреваются и охлаждаются примыкающие к ним приповерхностные слои воздуха. Те, кто не прогуливал школьные уроки физики, прекрасно знают, что при изменении температуры, соответственно меняется и давление (плотность, объем – без разницы, все эти величины связаны между собой) газа, жидкости, твердых тел. А там где есть разница давлений (высот, электрического напряжения – опять же без разницы, в физике это называется разницей потенциалов), возникает поток (ток, течение – как хотите). Применительно к климату нас интересуют инициируемые солнечным излучением потоки воздушных и водных масс, а также фазовые переходы воды. Легкий бриз и ураганы, морские течения, арктические льды и тропические муссонные дожди – все это оно, наше Солнышко.

Вот только происходят все эти чудеса без участия человека. И это нас сильно раздражает.

Примечание: Я – не в счет. Я давно научился управлять погодой. Стоит мне помыть машину и на следующий день – на тебе – дождь обеспечен! Не благодарите ;).

А что мешает человеку создать разность потенциалов между, например, Северным полюсом и пустыней Сахара и, тем самым, организовать потоки холодного воздуха, которые, конденсируя попавшуюся на пути влагу, принесут на безжизненную африканскую землю вожделенные дожди? Или наоборот, направить теплые воды Индийского и южной части Тихого океанов в район Чукотки и Аляски, заставив любителей пляжного отдыха навсегда забыть про Майами и Анталью в пользу Певека и Анкориджа?

Нет ничего невозможного: разместите в одной точке планеты источник энергии, который будет охлаждать окружающее пространство – этакий гигантский кондиционер, а в другой точке – гигантский нагреватель и нужная разность температур со всеми вышеописанными вытекающими вам обеспечена. Наука уже научилась строить сложные математические модели, способные точно определить в каких именно точках нужно разместить такие «кондиционеры» и «нагреватели».

Реально ли это? Теоретически – нет ничего невозможного. Практически, в рамках нынешней – «химической» энергетики – нет. Тут нужен новый, более мощный «генератор».

Вспомним цифры, которые я приводил в позапрошлом выпуске: эффективность энергетики, основанной на управляемом распаде атомного ядра, выше энергетики, основанной на перестроении молекулярной структуры вещества на целых шесть порядков! Проблема в том, что атомная энергетика, несмотря на эффективность, серьезно «запятнала» свою репутацию тем, что в процессе производства полезного продукта создает практически не поддающиеся переработке и весьма токсичные радиоактивные отходы. Даже при строгом соблюдении технологии утилизации они остаются источником повышенной опасности в течение всего срока хранения, а ведь период полураспада некоторых компонентов радиоактивного мусора составляет сотни лет! Ну, а про ущерб, который причиняется окружающей среде в случае выхода ядерной реакции из под контроля, я уже не говорю – достаточно привести в качестве примера Чернобыль и Фукусиму. В общем, не совсем ответственное обращение человека с атомным джинном, похоже,  надолго отбило у него желание рассматривать ядерный распад в качестве основного источника энергии, а зря. Современные реакторы на быстрых нейтронах, например, способны превратить атомные электростанции в практически, безотходное производство, в котором отработанное ядерное топливо может использоваться повторно в режиме замкнутого цикла. Эта технология могла бы обеспечить человечество практически неисчерпаемым источником энергии на многие сотни лет.

Но, даже имея достаточные ресурсы (в первую очередь — деньги) на строительство и эксплуатацию некоторого количества ядерных реакторов, достаточного для воздействия на планетарные климатические процессы, нужно понимать, что однажды начав этот процесс, остановить его уже будет нельзя. А ядерное топливо – все – таки исчерпаемый ресурс. Количество его на планете, во всяком случае – доступное для добычи, весьма ограничено. К тому же, несмотря на высокую по сравнению с углеводородами, эффективность, энергетические возможности радиоактивного распада при современном уровне развития технологий, могут использоваться едва на 30% от потенциального максимума. Поэтому, несмотря на всю привлекательность, ядерной энергетике, увы, уготована участь источника энергии «регионального», а не как не планетарного масштаба.

В заключении – традиционный дайджест некоторых событий и публикаций, имевших место за прошедшую неделю:

1.  О новом великом потопе и заселении Сибири.
2. Третий не лишний: цифровой рубль получит отдельное регулирование.
3. Металлы вместо нефти, космический мониторинг и «эффект кобры».
4. Как сочетать бюрократию и анархию.
5. Мусульмане живут по строгим правилам, но хотят зарабатывать.
6. ФРС наконец сворачивает.
7. Водородные технологии есть, но их как бы нет.
8. ЦБ РФ внедрит цифровой рубль только при выполнении всех условий его функционирования.

Ну и соцсетевое:

1. Можно ли превратить Сахару в гигантскую солнечную электростанцию?
2. Выбросы углерода вернутся на допандемийный уровень в 2022 году.
3. На орбиту Земли запускают спутник TRUTHS: он отследит энергобаланс планеты.
4. Первая энергоэффективная термоядерная установка может быть запущена в 2024 году.
5. Компании в США начали массово закупать роботов на фоне нехватки кадров.
6. Выработка чистой энергии поставит три рекорда в следующем году.