Великобритания производит электроэнергию из америция

Ученые из британской Национальной ядерной лаборатории (NNL) и Лестерского
университета использовали выделяемое из радиоактивного америция тепло для генерации электрического тока, следует из публикации в WNN (World Nuclear News). Взяв небольшое количество америция, ученые смогли зажечь небольшую лампочку в специально экранированной лаборатории NNL в Камбрии, используя выделяемое радиоактивным элементом тепло; но этот крошечный свет может стать важным первым шагом к использованию америция в радиоизотопных генераторах, внедрение которых позволит осуществить сверхпродолжительные космические миссии.

Радиоизотопные термоэмиссионные генераторы (РИТЭГи) фактически являются батареями для космических зондов. Такие генераторы используют тепло от радиоактивных топливных таблеток для питания космических кораблей, направляющих ся в дальний космос, или находящихся в сложных условиях на поверхности планет, где другие источники энергии (например, солнечные панели) не работают. Таким образом, космические зонды могут отправлять данные и изображения на Землю в течение многих десятилетий.

Некоторые современные зонды используют для этой цели изотоп плутония — но его нехватка ощущается все сильнее. Америций — это элемент, которого нет в природе, но который образуется в результате радиоактивного распада плутония. А плутоний, в свою очередь, появляется при эксплуатации ядерных реакторов и после выгрузки из активной зоны хранится с другими радиоактивными отходами. «Приятно осознавать, что америций можно использовать, фактически перерабатывая отходы одной отрасли в нечто ценное для другой», —  приводит слова одного из исследователей Тима Тинсли из Национальной ядерной лаборатории Великобритании (NNL) автор статьи в ScienceAlert Дэвид Нилд.
«Америций потенциально представляет собой проблему, затрудняя повторное использование плутония в качестве топлива. Извлекая из отработанного плутониевого топлива америций, мы тем самым “очищаем” плутоний и можем повторно использовать его в топливном цикле. Получается двойная выгода», —  заявил исследователь из NLL Эдриан Булл.

Специалисты из космических программ надеются, что ядерные источники с высокой плотностью энергии позволят выполнить целый ряд казавшихся невыполнимыми задач. «Успешное сотрудничество ядерной и космической отраслей открыло для Европы совершенно новые перспективы и позволит в будущем провести амбициозное и захватывающе исследование нашей солнечной системы»,—  заявил Кит Стивенсон, руководитель соответствующей программы в Европейском космическом агентстве.

Разработки в этой области в РФ ведет входящий в Росатом Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научноисследовательский институт экспериментальный физики. В качестве топливного радиоактивного изотопа в российских РИТЭГах используется стронций-90, а для высокоэнергоемких генераторов — плутоний-238. В ноябре прошлого года Росатом поставил Китаю партию радионуклидных тепловых блоков для энергообеспечения китайской лунной программы.

Новые деньги для синтеза

Многие эксперты считают ядерный синтез финальным решением энергетического вопроса. Термоядерные реакторы имитируют процесс синтеза, происходящий внутри Солнца: лёгкие ядра сливаются в более тяжелые, выделяя огромное количество энергии. На Солнце этот процесс приводится в действие силой тяжести. На Земле ученые стремятся воспроизвести необходимые для синтеза условия с высокими температурами около 150 миллионов градусов, но им трудно ограничить плазму, необходимую для плавления ядер.
С 1930-х годов ученые пытаются использовать синтез, чтобы создать технологию электростанций будущего и осуществить межпланетные путешествия.

Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER строится с 2010 года во Франции. Первоначальные оценки стоимости и срока окончания строительства проекта постоянно менялись от начальных 5 миллиардов евро и 2016 года до, соответственно, 19 миллиардов евро и 2025 года. Никто не исключает, что задержки и политические споры участвующих в международном проекте стран способны сместить дату первого эксперимента на еще более поздний срок. Не все согласны ждать так долго.

В настоящее время термоядерный синтез привлекает предпринимателей и инвесторов, готовых вкладывать деньги в долгосрочные проекты. «Они [увлеченные наукой предприниматели и инвесторы] считают, что небольшие компании проявляют большую гибкость и находчивость по сравнению с корпорациямигигантами, финансируемыми правительством. Они чутко реагируют на растущее беспокойство по поводу климатических изменений. Они хотят создать источники питания, которые будут вырабатывать в миллионы раз больше энергии чем нефть и газ и будут более эффективны чем ядерное топливо, не загрязняя атмосферу выбросами углерода», —  пишет Стенли Рид в своей статье для The New York Times. Он рассказывает о британской компании First Light Fusion, которая броса
ет вызов консерватизму в энергетике. Основатели компании, профессор Оксфордского университета Яннис Ветикос и его аспирант Ник Хоукер видят термоядерный синтез решением проблемы климатических изменений. На старте Хоукер привлек около 30 миллион долларов от инвесторов для реализации технологии, которая отличается от принятой на ITER.

Эксперименты по слиянию обычно подразумевают перегрев кипящего «супа» из атомов, известного как плазма. Это требует огромного количества энергии, также необходимы материалы, которые могут противостоять температуре более 100 миллионов градусов. Хоукер придумал другой способ: он «стреляет» пулями, по форме напоминающими диск размером с десятицентовую монетку, со скоростью около 50 тысяч миль в час в шарик из изотопов водорода, который заключен в прозрачный пластик — топливную таблетку. Столкновение сжимает таблетку и создает условия для плавления атомов водорода с образованием гелия.

First Light Fusion входит в Fusion Industry Association, состоящую из 17 членов — частных компаний, занимающихся коммерциализацией термоядерного синтеза. Помимо FLF в ассоциацию входят: Tokamak Energy, которая так же базируется вблизи Оксфорда, и компания Commonwealth Fusion Systems, основанная учеными из Массачусетского технлогического института (MIT) с штаб-квартирой в Массачусетсе. Ли Филлипс в статье для MIT Technology Review пишет о канадской компании General Fusion и калифорнийской TAE Technologies, которая потратила 20 лет и 500 миллионов долларов на разработку термоядерного реактора с прогнозом выхода на рынок в течение пяти лет. При этом рынок не ограничивается исключительно стартапами.

Объяснить интерес инвесторов к синтезу попробовал для MIT Technology Review генеральный директор General Fusion Крис Моури. Ли Филлипс приводит его слова: «По его мнению, термоядерные реакторы сложнее построить, но общество воспринимает их гораздо более благосклонно. Именно этим объясняется такой сильный поток венчурных инвестиций в термоядерные исследования. По его словам, инвесторы уверены, что огромное количество покупателей с нетерпением ожидают того, кто первым реализует эту идею».
Между тем, зеленые политики в Европе хотят, чтобы ITER закрыли, и многие участники антиядерной кампании не видят разницы между процессами ядерного
деления и синтеза. «Возможно, эксперты и поддерживают ядерную энергетику, но толпы скептически настроенных избирателей – это совсем другое дело», —  пишет Ли.

Россия обладает уникальным опытом в сфере термоядерных исследований и с самого начала участвует в проекте ITER, инвестируя 9 % от общей суммы финансирования проекта. Предприятия Росатома создают для ITER ключевые компоненты реакторного комплекса и другое высокотехнологичное оборудование. «ITER для нас важен как полигон по отработке практических задач, связанных с энергетикой завтрашнего и послезавтрашнего дня, с повышением роли России на мировом рынке технологий», —  заявил глава Росатома Алексей Лихачёв по итогам визита на площадку в 2017 году.