TEDGlobal 2009
Steven Cowley: Fusion is energy's future
Стивън Коули: Термоядрената енергия е бъдещето
Filmed:
Readability: 3.4
821,041 views
Физикът Стивън Коули е сигурен, че ядреният синтез е единственото истински устойчиво решение за горивната криза. Той обяснява защо синтеза ще работи и обяснява за проектите, на които той и много други са отдали живота си, работейки под часовник, за да създадат нов източник на енергия.
Steven Cowley - Physicist
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
The key question is, "When are we going to get fusion?"
0
0
5000
Ключовият въпрос е: "Кога ще достигнем до синтез?"
00:20
It's really been a long time since we've known about fusion.
1
5000
3000
Познаваме ядреният синтез от дълго време.
00:23
We've known about fusion since 1920,
2
8000
2000
Ние знаем за синтеза от 1920 год.,
00:25
when Sir Arthur Stanley Eddington
3
10000
2000
когато сър Артър Стенли Едингтън
00:27
and the British Association for the Advancement of Science
4
12000
3000
и Британската асоциация за прогрес на науката
00:30
conjectured that that's why the sun shines.
5
15000
3000
предположиха, че това е причината поради която Слънцето грее.
00:33
I've always been very worried about resource.
6
18000
3000
Аз винаги съм се притеснявал за ресурси.
00:36
I don't know about you, but
7
21000
2000
Не знам за вас, но
00:38
when my mother gave me food,
8
23000
2000
когато майка ми ми даваше храна,
00:40
I always sorted the ones I disliked
9
25000
3000
винаги отделях тази, която ненавиждах
00:43
from the ones I liked.
10
28000
2000
от тази, която ми харесваше.
00:45
And I ate the disliked ones first,
11
30000
2000
Изяждах тази, която не ми харесваше първо,
00:47
because the ones you like, you want to save.
12
32000
4000
защото тази която ви харесва, искате да запазите.
00:51
And as a child you're always worried about resource.
13
36000
3000
И като дете винаги се притеснявате за ресурси.
00:54
And once it was sort of explained to me
14
39000
3000
След като ми обясниха,
00:57
how fast we were using up the world's resources,
15
42000
4000
колко бързо използваме ресурсите на света,
01:01
I got very upset,
16
46000
2000
се разстроих много,
01:03
about as upset as I did when I realized
17
48000
2000
почти толкова разстроен, както когато разбрах,
01:05
that the Earth will only last about five billion years
18
50000
2000
че Земята ще оцелее само около пет милиарда години,
01:07
before it's swallowed by the sun.
19
52000
3000
преди да бъде погълната от Слънцето.
01:10
Big events in my life,
20
55000
3000
Големи събития в живота ми,
01:13
a strange child.
21
58000
2000
едно странно дете.
01:15
(Laughter)
22
60000
1000
(Смях)
01:16
Energy, at the moment, is dominated by resource.
23
61000
3000
Енергия, в момента, е доминирана от ресурси.
01:19
The countries that make a lot of money out of energy
24
64000
3000
Страните, които правят много пари от енергия
01:22
have something underneath them.
25
67000
3000
имат нещо под тях.
01:25
Coal-powered industrial revolution in this country --
26
70000
4000
Индустриалната революция, захранвана от въглища в тази страна --
01:29
oil, gas, sorry.
27
74000
4000
нефт, газ, съжалявам.
01:33
(Laughter)
28
78000
3000
(Смях)
01:36
Gas, I'm probably the only person
29
81000
2000
Газ, аз съм може би единственият човек,
01:38
who really enjoys it when Mister Putin
30
83000
2000
който наистина се радва, когато господин Путин
01:40
turns off the gas tap, because my budget goes up.
31
85000
3000
спира газовото кранче, тъй като бюджетът ми се увеличава.
01:43
We're really dominated now
32
88000
5000
Ние сме наистина доминирани сега
01:48
by those things that we're using up faster and faster and faster.
33
93000
5000
от тези неща, които използваме все по-бързо, и по-бързо, и по-бързо.
01:53
And as we try to lift billions of people out of poverty
34
98000
3000
И докато се опитваме да освободим милиарди хора от бедността
01:56
in the Third World, in the developing world,
35
101000
4000
в Третия свят, в развиващия се свят,
02:00
we're using energy faster and faster.
36
105000
2000
ние използваме енергия все по-бързо и по-бързо.
02:02
And those resources are going away.
37
107000
2000
И тези ресурси се изчерпват.
02:04
And the way we'll make energy in the future
38
109000
2000
Начинът, по който ще правим енергия в бъдещето
02:06
is not from resource,
39
111000
3000
не е от ресурси,
02:09
it's really from knowledge.
40
114000
2000
а е наистина от знание.
02:11
If you look 50 years into the future,
41
116000
3000
Ако погледнете 50 години в бъдещето,
02:14
the way we probably will be making energy
42
119000
2000
начина, по който вероятно ще произвеждаме енергия,
02:16
is probably one of these three,
43
121000
3000
ще бъде вероятно един от тези три,
02:19
with some wind, with some other things,
44
124000
2000
с малко вятър, с някои други неща,
02:21
but these are going to be the base load energy drivers.
45
126000
3000
но това ще бъдат основните енергийни източници.
02:24
Solar can do it, and we certainly have to develop solar.
46
129000
5000
Слънчевата енергия може да помогне, и ние със сигурност трябва да развием слънчевата енергия.
02:29
But we have a lot of knowledge to gain before we can make solar
47
134000
3000
Но ние трябва да се сдобием с много познания, преди да можем да направим слънчевата енергия
02:32
the base load energy supply for the world.
48
137000
4000
основен енергиен източник в света.
02:36
Fission.
49
141000
3000
Ядреното делене.
02:39
Our government is going to put in six new nuclear power stations.
50
144000
4000
Нашето правителство ще пусне шест нови атомни електроцентрали.
02:43
They're going to put in six new nuclear power stations,
51
148000
2000
Те ще пуснат шест нови атомни електроцентрали,
02:45
and probably more after that.
52
150000
2000
а може би и повече след това.
02:47
China is building nuclear power stations. Everybody is.
53
152000
2000
Китай строи ядрени централи. Всички го правят.
02:49
Because they know that that is one sure way
54
154000
3000
Защото те знаят, че това е един сигурен начин
02:52
to do carbon-free energy.
55
157000
4000
да се произвежда енергия, която не съдържа въглерод.
02:56
But if you wanted to know what the perfect energy source is,
56
161000
3000
Но ако искате да знаете какво представлява перфектният източник на енергия:
02:59
the perfect energy source is one
57
164000
2000
Перфектният източник на енергия е този,
03:01
that doesn't take up much space,
58
166000
3000
който не заема много място,
03:04
has a virtually inexhaustible supply,
59
169000
3000
има практически неизчерпаеми доставки,
03:07
is safe, doesn't put any carbon into the atmosphere,
60
172000
4000
е безопасен, не отделя въглерод в атмосферата,
03:11
doesn't leave any long-lived radioactive waste:
61
176000
4000
не отделя дълготрайни радиоактивни отпадъци.
03:15
it's fusion.
62
180000
2000
Това е синтезът.
03:17
But there is a catch. Of course there is always a catch in these cases.
63
182000
2000
Но има уловка. Разбира се винаги има уловка в тези случаи.
03:19
Fusion is very hard to do.
64
184000
3000
Синтезът е много труден за направа.
03:22
We've been trying for 50 years.
65
187000
3000
Ние се опитваме в продължение на 50 години.
03:25
Okay. What is fusion? Here comes the nuclear physics.
66
190000
3000
Добре. Какво е синтез? Тук идва ядрената физика.
03:28
And sorry about that, but this is what turns me on.
67
193000
3000
И съжалявам за това, но това е, което ме възбужда.
03:31
(Laughter)
68
196000
2000
(Смях)
03:33
I was a strange child.
69
198000
4000
Бях странно дете.
03:37
Nuclear energy comes for a simple reason.
70
202000
4000
Ядрената енергия идва по проста причина.
03:41
The most stable nucleus is iron, right in the middle of the periodic table.
71
206000
4000
Най-стабилното ядро е на желязото, точно в средата на периодичната таблица.
03:45
It's a medium-sized nucleus.
72
210000
2000
Това е средно по големина ядро.
03:47
And you want to go towards iron if you want to get energy.
73
212000
4000
И вие искате да вървите към желязо, ако искате да получите енергия.
03:51
So, uranium, which is very big, wants to split.
74
216000
3000
Така че, уранът, който е много голям, иска да се раздели.
03:54
But small atoms want to join together,
75
219000
3000
Но малките атоми искат да се съединят,
03:57
small nuclei want to join together
76
222000
2000
малките ядра искат да се съединят,
03:59
to make bigger ones to go towards iron.
77
224000
2000
да направят по-големи, които да се превърнат в желязо.
04:01
And you can get energy out this way.
78
226000
2000
И вие можете да получите енергия по този начин.
04:03
And indeed that's exactly what stars do.
79
228000
2000
И наистина точно това е, което правят звездите.
04:05
In the middle of stars, you're joining hydrogen together to make helium
80
230000
4000
Във вътрешността на звездите се съединява водород, за да се получи хелий
04:09
and then helium together to make carbon,
81
234000
2000
и после хелий заедно, за да се получи въглерод,
04:11
to make oxygen, all the things that you're made of
82
236000
2000
да се получи кислород, всички неща, от които сте образувани,
04:13
are made in the middle of stars.
83
238000
3000
са направени във вътрешността на звездите.
04:16
But it's a hard process to do
84
241000
2000
Но това е труден за правене процес,
04:18
because, as you know, the middle of a star is quite hot,
85
243000
3000
защото, както знаете,вътрешността на една звезда е доста гореща,
04:21
almost by definition.
86
246000
4000
почти по дефиниция.
04:25
And there is one reaction
87
250000
3000
И има една реакция.
04:28
that's probably the easiest fusion reaction to do.
88
253000
5000
Това е може би най-лесната за направа реакция на ядрен синтез.
04:33
It's between two isotopes of hydrogen, two kinds of hydrogen:
89
258000
4000
Тя е между двa изотопа на водорода, два вида водород,
04:37
deuterium, which is heavy hydrogen,
90
262000
3000
деутерий, който е тежък водород,
04:40
which you can get from seawater,
91
265000
2000
който можете да получите от морска вода,
04:42
and tritium which is super-heavy hydrogen.
92
267000
4000
и тритий, който е супер-тежък водород.
04:46
These two nuclei, when they're far apart, are charged.
93
271000
4000
Тези две ядра, когато те са далеч едно от друго, са заредени.
04:50
And you push them together and they repel.
94
275000
3000
Ако ги сблъскaте, те се отблъскват.
04:53
But when you get them close enough,
95
278000
2000
Но когато ги поставите достатъчно близко,
04:55
something called the strong force starts to act
96
280000
2000
нещо, наречено мощната сила започва да действа
04:57
and pulls them together.
97
282000
2000
и да ги придърпва заедно.
04:59
So, most of the time they repel.
98
284000
2000
Така че, по-голяма част от времето те се отблъскват.
05:01
You get them closer and closer and closer and then at some point
99
286000
2000
Можете да ги приближите все по-близо, и по-близо, и след това в някакъв момент
05:03
the strong force grips them together.
100
288000
3000
мощната сила ги събира заедно.
05:06
For a moment they become helium 5,
101
291000
2000
За момент те стават хелий 5,
05:08
because they've got five particles inside them.
102
293000
2000
защото те имат пет частици вътре в тях.
05:10
So, that's that process there. Deuterium and tritium goes together
103
295000
2000
Така че, това е процеса. Деутерий и тритий се свързват,
05:12
makes helium 5.
104
297000
2000
правят хелий 5.
05:14
Helium splits out, and a neutron comes out
105
299000
3000
Хелият се разделя, един неутрон се отделя
05:17
and lots of energy comes out.
106
302000
2000
и се отделя много енергия.
05:19
If you can get something to about 150 million degrees,
107
304000
3000
Ако можете да поставите нещо в около 150 милиона градуса,
05:22
things will be rattling around so fast
108
307000
2000
нещата ще подскачат наоколо толкова бързо,
05:24
that every time they collide in just the right configuration,
109
309000
4000
че всеки път, когато те се сблъскват в правилната конфигурация,
05:28
this will happen, and it will release energy.
110
313000
2000
това ще се случи, и то ще свободи енергия.
05:30
And that energy is what powers fusion.
111
315000
4000
И тази енергия е това, което захранва синтеза.
05:34
And it's this reaction that we want to do.
112
319000
3000
Ние искаме да направим тази реакция.
05:37
There is one trickiness about this reaction.
113
322000
3000
Има една трудност при тази реакция.
05:40
Well, there is a trickiness that you have to make it 150 million degrees,
114
325000
3000
Ами, има трудност, че трябва да направим 150 милиона градуса,
05:43
but there is a trickiness about the reaction yet.
115
328000
3000
но има и друга трудност при реакцията.
05:46
It's pretty hot.
116
331000
2000
Това е доста горещо.
05:48
The trickiness about the reaction is that
117
333000
2000
Трудността при реакцията е, че
05:50
tritium doesn't exist in nature.
118
335000
2000
тритий не съществува в природата.
05:52
You have to make it from something else.
119
337000
2000
Трябва да го направим от нещо друго.
05:54
And you make if from lithium. That reaction at the bottom,
120
339000
3000
Можем да го направим от литий. Тази реакция на дъното,
05:57
that's lithium 6, plus a neutron,
121
342000
4000
това е литий 6, плюс един неутрон,
06:01
will give you more helium, plus tritium.
122
346000
2000
ще ви даде още хелий, както и тритий.
06:03
And that's the way you make your tritium.
123
348000
2000
И това е начинът да направите тритий.
06:05
But fortunately, if you can do this fusion reaction,
124
350000
3000
Но за щастие, ако можете да направите тази реакция на ядрен синтез,
06:08
you've got a neutron, so you can make that happen.
125
353000
4000
имате един неутрон, така че можете да направите това.
06:12
Now, why the hell would we bother to do this?
126
357000
3000
Сега, защо по дяволите, ще се занимаваме го правим?
06:15
This is basically why we would bother to do it.
127
360000
3000
Това е, в основни линии, защо ще се занимаваме да го направим.
06:18
If you just plot how much fuel
128
363000
4000
Ако просто изобразим колко гориво
06:22
we've got left, in units of
129
367000
2000
ни остава, в единици
06:24
present world consumption.
130
369000
2000
от потреблението в световен мащаб в момента.
06:26
And as you go across there you see
131
371000
3000
И докато разглеждате това, ще забележите,
06:29
a few tens of years of oil -- the blue line, by the way,
132
374000
2000
няколко десетки години за петрол - синята линия, между другото,
06:31
is the lowest estimate of existing resources.
133
376000
3000
е най-ниската оценка на наличните ресурси.
06:34
And the yellow line is the most optimistic estimate.
134
379000
4000
А жълтата линия е най-оптимистичното предвиждане.
06:38
And as you go across there you will see
135
383000
2000
И докато ги разглеждате ще забележите,
06:40
that we've got a few tens of years, and perhaps 100 years
136
385000
2000
че ние имаме няколко десетки години, и може би 100 години,
06:42
of fossil fuels left.
137
387000
3000
оставащи от изкопаеми горива.
06:45
And god knows we don't really want to burn all of it,
138
390000
2000
И бог знае, ние наистина не искаме да го изгорим всичкото.
06:47
because it will make an awful lot of carbon in the air.
139
392000
2000
Тъй като това ще отдели ужасно много въглерод във въздуха.
06:49
And then we get to uranium.
140
394000
3000
И после стигаме до урана.
06:52
And with current reactor technology
141
397000
2000
С настоящите реакторни технологии,
06:54
we really don't have very much uranium.
142
399000
3000
наистина нямаме много уран.
06:57
And we will have to extract uranium from sea water,
143
402000
2000
Ние ще трябва да добиваме уран от морската вода,
06:59
which is the yellow line,
144
404000
2000
което е жълтата линия,
07:01
to make conventional nuclear power stations
145
406000
3000
за да накараме стандартните атомни електроцентрали,
07:04
actually do very much for us.
146
409000
2000
действително да направят много за нас.
07:06
This is a bit shocking, because in fact our government
147
411000
2000
Това е малко шокиращо, защото в действителност нашето правителство
07:08
is relying on that for us to meet Kyoto,
148
413000
3000
разчита на това, за да можем да удовлетворим Протокола от Киото,
07:11
and do all those kind of things.
149
416000
2000
и да направим всички тези неща.
07:13
To go any further you would have to have breeder technology.
150
418000
2000
За да се развивате, трябва да имате селекционна технология.
07:15
And breeder technology is fast breeders. And that's pretty dangerous.
151
420000
4000
А селекционната технология е бързи селекция. И това е доста опасно.
07:19
The big thing, on the right,
152
424000
2000
Голямото нещо, вдясно
07:21
is the lithium we have in the world.
153
426000
2000
е лития, който имаме по света.
07:23
And lithium is in sea water. That's the yellow line.
154
428000
3000
И лития е в морската вода. Това е жълтата линия.
07:26
And we have 30 million years worth of fusion fuel in sea water.
155
431000
4000
И ние имаме гориво за синтез за 30 милиона години в морската вода.
07:30
Everybody can get it. That's why we want to do fusion.
156
435000
3000
Всеки може да го получи. Ето защо искаме да правим синтез.
07:33
Is it cost-competitive?
157
438000
3000
Дали е конкурентноспособен метод?
07:36
We make estimates of what we think it would cost
158
441000
2000
Ние правим оценки на това, което смятаме, че ще струва,
07:38
to actually make a fusion power plant.
159
443000
2000
за да направим в действителност електроцентрала, базирана на синтез.
07:40
And we get within about the same price
160
445000
3000
И ние получаваме приблизително същата цена,
07:43
as current electricity.
161
448000
2000
както при електроенергията.
07:45
So, how would we make it?
162
450000
2000
И така, как бихме могли да направим това?
07:47
We have to hold something at 150 million degrees.
163
452000
3000
Трябва да държим нещо при 150 милиона градуса.
07:50
And, in fact, we've done this.
164
455000
3000
И, всъщност, ние сме направили това.
07:53
We hold it with a magnetic field.
165
458000
2000
Ние го държим с магнитно поле.
07:55
And inside it, right in the middle of this toroidal shape, doughnut shape,
166
460000
5000
И вътре в нея, точно в средата на тази тороидална форма, като поничка,
08:00
right in the middle is 150 million degrees.
167
465000
2000
точно в средата е 150 милиона градуса.
08:02
It boils away in the middle at 150 million degrees.
168
467000
4000
Това се вари в средата при 150 милиона градуса.
08:06
And in fact we can make fusion happen.
169
471000
2000
И всъщност ние можем да направим синтез.
08:08
And just down the road, this is JET.
170
473000
2000
Насреща по пътя, това е JET (Съвместен Европейски Тороид).
08:10
It's the only machine in the world that's actually done fusion.
171
475000
2000
Това е единствената машина в света, която всъщност е извършила ядрен синтез.
08:12
When people say fusion is 30 years away, and always will be,
172
477000
3000
Когато хората казват, че синтезът е на 30 години разстояние, и винаги ще бъде,
08:15
I say, "Yeah, but we've actually done it." Right?
173
480000
3000
аз казвам: "Да, но ние всъщност го направихме." Нали?
08:18
We can do fusion. In the center of this device
174
483000
2000
Можем да правим синтез. В центъра на това устройство
08:20
we made 16 megawatts of fusion power in 1997.
175
485000
3000
ние направихме 16 мегавата от термоядрена енергия през 1997 г.
08:23
And in 2013 we're going to fire it up again
176
488000
3000
И през 2013 г. ние ще го стартираме отново
08:26
and break all those records.
177
491000
2000
и ще подобрим всички тези рекорди.
08:28
But that's not really fusion power. That's just making some fusion happen.
178
493000
3000
Но това не е истинска термоядрена енергия. Това е просто правене на някакъв синтез.
08:31
We've got to take that, we've got to make that into a fusion reactor.
179
496000
3000
Трябва да вземем това, трябва да го направим в термоядрен реактор.
08:34
Because we want 30 million years worth of fusion power for the Earth.
180
499000
5000
Тъй като искаме термоядрена енергия на Земята за 30 милиона години.
08:39
This is the device we're building now.
181
504000
2000
Това е устройството, което строим сега.
08:41
It gets very expensive to do this research.
182
506000
2000
Много е скъпо да се правят тези изследвания.
08:43
It turns out you can't do fusion on a table top
183
508000
2000
Оказва се, че не може да се прави синтез върху маса,
08:45
despite all that cold fusion nonsense. Right?
184
510000
3000
въпреки всички тези глупости, за студен ядрен синтез. Така ли е?
08:48
You can't. You have to do it in a very big device.
185
513000
3000
Не можете. Трябва да го направите в много голямо устройство.
08:51
More than half the world's population is involved in building this device
186
516000
3000
Повече от половината от световното население е включено в изграждането на това устройство
08:54
in southern France, which is a nice place to put an experiment.
187
519000
3000
в южна Франция. Което е чудесно място за провеждане на експеримент.
08:57
Seven nations are involved in building this.
188
522000
4000
Седем страни са ангажирани в изграждането на това.
09:01
It's going to cost us 10 billion. And we'll produce half a gigawatt of fusion power.
189
526000
4000
Ще ни струва 10 милиарда евро. И ще произвежда половин гигават от термоядрена енергия.
09:05
But that's not electricity yet.
190
530000
3000
Но това все още не е електричество.
09:08
We have to get to this.
191
533000
2000
Ние трябва да стигнем до това.
09:10
We have to get to a power plant.
192
535000
2000
Трябва да стигнем до електроцентрала.
09:12
We have to start putting electricity on the grid
193
537000
2000
Ние трябва да започнем да вкарваме електроенергия по мрежата
09:14
in this very complex technology.
194
539000
2000
в тази много сложна технология.
09:16
And I'd really like it to happen a lot faster than it is.
195
541000
3000
И аз бих искал това да се случи много по-бързо, отколкото в момента.
09:19
But at the moment, all we can imagine is sometime in the 2030s.
196
544000
5000
Но в момента всичко, което можем да си представим е някъде около 2030 г.
09:24
I wish this were different. We really need it now.
197
549000
2000
Иска ми се това да не е така. Наистина се нуждаем от това сега.
09:26
We're going to have a problem with power
198
551000
2000
Ние ще имаме проблем с енергията
09:28
in the next five years in this country.
199
553000
2000
през следващите пет години в тази страна.
09:30
So 2030 looks like an infinity away.
200
555000
4000
Така че 2030 г. изглежда като безкрайно далеч.
09:34
But we can't abandon it now; we have to push forward,
201
559000
2000
Но ние не можем да се откажем от него сега, трябва да продължаваме напред,
09:36
get fusion to happen.
202
561000
2000
за да се случи синтезът.
09:38
I wish we had more money, I wish we had more resources.
203
563000
2000
Иска ми се да имахме повече пари, Иска ми се да имахме повече ресурси.
09:40
But this is what we're aiming at,
204
565000
2000
Но това е, към което се стремим,
09:42
sometime in the 2030s --
205
567000
2000
някъде през 2030 г. --
09:44
real electric power from fusion. Thank you very much.
206
569000
2000
истинска електрическа енергия от ядрен синтез. Много благодаря.
09:46
(Applause)
207
571000
3000
(Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Steven Cowley - PhysicistSteven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale.
Why you should listen
The promise of fusion seems to have inspired more science-fiction novels than it has real developments in renewable energy, but Steven Cowley has begun to upset that balance. As director of the Culham Fusion Science Center, he's collaborating with the UK Atomic Energy Authority and researchers on the France-based ITER fusion device on projects that may lead to cheap, nearly limitless carbon-free energy.
Fusion (the process by which lightweight atoms under pressure are fused to form heavier atoms, releasing energy) has long been the Holy Grail of renewable energy, but at the moment it only occurs in the cores of stars. Yet Cowley isn't too shy to proclaim that harnessing its power on an Earthly scale is now inevitable. At UCLA, he made observations on some of the most violent phenomena in the local universe -- solar flares, storms in the Earth's magnetosphere -- and now his research is coming directly into play as he plans devices that, theoretically, would contain 100-million-degree gas using powerful magnetic fields.
Steven Cowley | Speaker | TED.com