TEDGlobal 2009
Steven Cowley: Fusion is energy's future
Стивен Коули: синтез – энергия будущего
Filmed:
Readability: 3.4
821,041 views
Физик Стивен Коули уверен, что единственное устойчивое решение энергетического кризиса – ядерный синтез. Он объясняет, как можно заставить синтез работать, и раскрывает детали проекта, которому он и другие посвятили жизнь, работая наперегонки со временем, чтобы создать новый источник энергии.
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
Главный вопрос: "Когда мы получим ядерный синтез?"
00:20
It's really been a long time since we've known about fusion.
1
5000
3000
О ядерном синтезе нам известно достаточно долгое время.
00:23
We've known about fusion since 1920,
2
8000
2000
Мы знаем о синтезе с 1920 года,
00:25
when Sir Arthur Stanley Eddington
3
10000
2000
когда Сэр Артур Стэнли Эддингтон
00:27
and the British Association for the Advancement of Science
4
12000
3000
в Британской Ассоциации содействия развитию науки
00:30
conjectured that that's why the sun shines.
5
15000
3000
выдвинул гипотезу о том, что ядерный синтез является первопричиной солнечного света.
00:33
I've always been very worried about resource.
6
18000
3000
Меня всегда сильно волновал вопрос ресурсов.
00:36
I don't know about you, but
7
21000
2000
Не знаю как было у вас дома, но
00:38
when my mother gave me food,
8
23000
2000
когда моя мама клала мне еду,
00:40
I always sorted the ones I disliked
9
25000
3000
я всегда разделял то, что мне не нравилось
00:43
from the ones I liked.
10
28000
2000
от того, что мне нравилось.
00:45
And I ate the disliked ones first,
11
30000
2000
Сначала я съедал то, что мне не нравилось.
00:47
because the ones you like, you want to save.
12
32000
4000
Ведь то, что нравится, хочется сохранить на потом.
00:51
And as a child you're always worried about resource.
13
36000
3000
В детстве человек всегда волнуется по поводу ресурсов.
00:54
And once it was sort of explained to me
14
39000
3000
И как только мне стало известно, что
00:57
how fast we were using up the world's resources,
15
42000
4000
мировые запасы расходуются очень быстро,
01:01
I got very upset,
16
46000
2000
я начал сильно беспокоиться.
01:03
about as upset as I did when I realized
17
48000
2000
Примерно так же сильно, как когда я понял,
01:05
that the Earth will only last about five billion years
18
50000
2000
что Земля проживет всего около 5 миллиардов лет
01:07
before it's swallowed by the sun.
19
52000
3000
и будет поглощена Солнцем.
01:10
Big events in my life,
20
55000
3000
Это были для меня большие события в жизни …
01:13
a strange child.
21
58000
2000
Да, странный я был ребенок.
01:15
(Laughter)
22
60000
1000
(Смех)
01:16
Energy, at the moment, is dominated by resource.
23
61000
3000
В настоящее время главный вопрос энергетики – это вопрос энергетических ресурсов.
01:19
The countries that make a lot of money out of energy
24
64000
3000
Страны, зарабатывающие на энергии большие деньги,
01:22
have something underneath them.
25
67000
3000
это те, у которых в недрах кое-что есть.
01:25
Coal-powered industrial revolution in this country --
26
70000
4000
Уголь был топливом промышленной революции в Великобритании,
01:29
oil, gas, sorry.
27
74000
4000
нефть, газ... Извините.
01:33
(Laughter)
28
78000
3000
(Смех)
01:36
Gas, I'm probably the only person
29
81000
2000
Газ... Я, наверное, единственный, кто радуется
01:38
who really enjoys it when Mister Putin
30
83000
2000
когда господин Путин перекрывает подачу газа,
01:40
turns off the gas tap, because my budget goes up.
31
85000
3000
потому что после этого мне увеличивают бюджет на исследования.
01:43
We're really dominated now
32
88000
5000
Мы очень сильно зависим сейчас
01:48
by those things that we're using up faster and faster and faster.
33
93000
5000
именно от того, что расходуем всё быстрее, и быстрее.
01:53
And as we try to lift billions of people out of poverty
34
98000
3000
И по мере того, как мы пытаемся улучшить условия жизни
01:56
in the Third World, in the developing world,
35
101000
4000
в странах третьего мира, в развивающихся странах,
02:00
we're using energy faster and faster.
36
105000
2000
мы расходуем энергию быстрее и быстрее.
02:02
And those resources are going away.
37
107000
2000
И эти ресурсы исчезают навсегда.
02:04
And the way we'll make energy in the future
38
109000
2000
Будущий способ производства энергии основан
02:06
is not from resource,
39
111000
3000
не на ресурсах,
02:09
it's really from knowledge.
40
114000
2000
а на знаниях.
02:11
If you look 50 years into the future,
41
116000
3000
Если заглянуть на 50 лет вперед,
02:14
the way we probably will be making energy
42
119000
2000
то энергию, скорее всего, мы будем получать
02:16
is probably one of these three,
43
121000
3000
одним из этих трех способов. [Синтез. Расщепление. Солнце]
02:19
with some wind, with some other things,
44
124000
2000
Немного ветра, немного других источников,
02:21
but these are going to be the base load energy drivers.
45
126000
3000
но эти три способа останутся основой технологии.
02:24
Solar can do it, and we certainly have to develop solar.
46
129000
5000
Солнечная энергия очень важна и нам обязательно нужно ее разрабатывать.
02:29
But we have a lot of knowledge to gain before we can make solar
47
134000
3000
Но наших знаний ещё явно недостаточно для того, чтобы сделать солнечную энергию
02:32
the base load energy supply for the world.
48
137000
4000
основным источником мирового масштаба.
02:36
Fission.
49
141000
3000
Расщепление атома.
02:39
Our government is going to put in six new nuclear power stations.
50
144000
4000
Правительство Великобритании вводит в строй 6 новых АЭС.
02:43
They're going to put in six new nuclear power stations,
51
148000
2000
Шесть атомных электростанций сейчас
02:45
and probably more after that.
52
150000
2000
и, возможно, ещё больше потом.
02:47
China is building nuclear power stations. Everybody is.
53
152000
2000
Китай строит атомные электростанции. Все строят.
02:49
Because they know that that is one sure way
54
154000
3000
Потому что все знают, что это один из проверенных способов
02:52
to do carbon-free energy.
55
157000
4000
получения экологически чистой энергии.
02:56
But if you wanted to know what the perfect energy source is,
56
161000
3000
Но давайте спросим, что такое –идеальный источник энергии?
02:59
the perfect energy source is one
57
164000
2000
Идеальный источник энергии – это тот, что
03:01
that doesn't take up much space,
58
166000
3000
не требует много места,
03:04
has a virtually inexhaustible supply,
59
169000
3000
практически неисчерпаем,
03:07
is safe, doesn't put any carbon into the atmosphere,
60
172000
4000
безопасен, не выбрасывает углекислый газ в атмосферу,
03:11
doesn't leave any long-lived radioactive waste:
61
176000
4000
не оставляет подолгу неразлагающиеся радиоактивные отходы.
03:15
it's fusion.
62
180000
2000
Это – ядерный синтез.
03:17
But there is a catch. Of course there is always a catch in these cases.
63
182000
2000
Но тут есть подвох. В подобных случаях всегда есть подвох.
03:19
Fusion is very hard to do.
64
184000
3000
Ядерный синтез очень трудно осуществить.
03:22
We've been trying for 50 years.
65
187000
3000
Нашим попыткам вот уже 50 лет.
03:25
Okay. What is fusion? Here comes the nuclear physics.
66
190000
3000
Что же такое ядерный синтез? Придется поговорить о ядерной физике.
03:28
And sorry about that, but this is what turns me on.
67
193000
3000
Прошу прощения, если я, как обычно, на этом заведусь.
03:31
(Laughter)
68
196000
2000
(Смех)
03:33
I was a strange child.
69
198000
4000
Я вам говорил, каким я был странным ребенком.
03:37
Nuclear energy comes for a simple reason.
70
202000
4000
Ядерная энергия появляется по очень простой причине.
03:41
The most stable nucleus is iron, right in the middle of the periodic table.
71
206000
4000
Наиболее стабильное ядро – это ядро железа, прямо в центре периодической таблицы.
03:45
It's a medium-sized nucleus.
72
210000
2000
Это ядро имеет средний размер.
03:47
And you want to go towards iron if you want to get energy.
73
212000
4000
Для получения энергии нужно "двигаться" в направлении железа.
03:51
So, uranium, which is very big, wants to split.
74
216000
3000
Например, уран, очень большое ядро, имеет тенденцию к распаду.
03:54
But small atoms want to join together,
75
219000
3000
А маленькие атомы хотят объединяться.
03:57
small nuclei want to join together
76
222000
2000
Маленькие ядра хотят объединяться,
03:59
to make bigger ones to go towards iron.
77
224000
2000
и, образовав ядра побольше, «двигаться» ближе к ядру железа.
04:01
And you can get energy out this way.
78
226000
2000
Этим путём можно извлечь энергию.
04:03
And indeed that's exactly what stars do.
79
228000
2000
Именно это и происходит со звездами.
04:05
In the middle of stars, you're joining hydrogen together to make helium
80
230000
4000
В центре звёзд ядра водорода, объединяясь, образуют гелий,
04:09
and then helium together to make carbon,
81
234000
2000
затем гелий образует углерод,
04:11
to make oxygen, all the things that you're made of
82
236000
2000
и образует кислород. Все элементы, из которых мы состоим,
04:13
are made in the middle of stars.
83
238000
3000
созданы внутри звёзд.
04:16
But it's a hard process to do
84
241000
2000
Но этот процесс трудно воспроизвести,
04:18
because, as you know, the middle of a star is quite hot,
85
243000
3000
потому что, как вы знаете, внутри звезды очень горячо,
04:21
almost by definition.
86
246000
4000
практически по определению.
04:25
And there is one reaction
87
250000
3000
Но существует одна реакция
04:28
that's probably the easiest fusion reaction to do.
88
253000
5000
пожалуй, самая простая из реакций синтеза.
04:33
It's between two isotopes of hydrogen, two kinds of hydrogen:
89
258000
4000
Это – реакция между двумя изотопами водорода, двумя типами водорода,
04:37
deuterium, which is heavy hydrogen,
90
262000
3000
дейтерием, т.н. «тяжелым» водородом,
04:40
which you can get from seawater,
91
265000
2000
который можно получить из морской воды,
04:42
and tritium which is super-heavy hydrogen.
92
267000
4000
и тритием, «сверхтяжелым» водородом.
04:46
These two nuclei, when they're far apart, are charged.
93
271000
4000
Будучи на расстоянии, эти два ядра заряжены.
04:50
And you push them together and they repel.
94
275000
3000
Если заставить их приблизиться, они станут отталкиваться.
04:53
But when you get them close enough,
95
278000
2000
Но если их всё же достаточно сблизить,
04:55
something called the strong force starts to act
96
280000
2000
то начинает доминировать т.н. сильное ядерное взаимодействие,
04:57
and pulls them together.
97
282000
2000
которое притягивает их друг к другу.
04:59
So, most of the time they repel.
98
284000
2000
Итак, в обычном состоянии они отталкиваются,
05:01
You get them closer and closer and closer and then at some point
99
286000
2000
если же их заставить быть ближе и ближе, то в определенный момент
05:03
the strong force grips them together.
100
288000
3000
сильное ядерное взаимодействие скручивает их вместе.
05:06
For a moment they become helium 5,
101
291000
2000
На мгновение они образуют гелий-5,
05:08
because they've got five particles inside them.
102
293000
2000
потому что внутри пять частиц.
05:10
So, that's that process there. Deuterium and tritium goes together
103
295000
2000
Вот там показан процесс. Дейтерий [+] тритий
05:12
makes helium 5.
104
297000
2000
дают гелий-5.
05:14
Helium splits out, and a neutron comes out
105
299000
3000
Гелий расщепляется и излучает нейтрон;
05:17
and lots of energy comes out.
106
302000
2000
выделяется много энергии.
05:19
If you can get something to about 150 million degrees,
107
304000
3000
Если удастся получить температуру примерно в 150 миллионов градусов,
05:22
things will be rattling around so fast
108
307000
2000
частицы будут перемещаться с такой скоростью,
05:24
that every time they collide in just the right configuration,
109
309000
4000
что при каждом их столкновении в нужной нам конфигурации,
05:28
this will happen, and it will release energy.
110
313000
2000
произойдёт реакция и высвобождение энергии.
05:30
And that energy is what powers fusion.
111
315000
4000
Эта энергия [сопровождает] ядерный синтез.
05:34
And it's this reaction that we want to do.
112
319000
3000
Именно эту реакцию мы хотим осуществить.
05:37
There is one trickiness about this reaction.
113
322000
3000
И тут есть небольшая загвоздка.
05:40
Well, there is a trickiness that you have to make it 150 million degrees,
114
325000
3000
Конечно, одна загвоздка в том, чтобы создать температуру в 150 миллионов градусов,
05:43
but there is a trickiness about the reaction yet.
115
328000
3000
но и в самой реакции есть своя загвоздка.
05:46
It's pretty hot.
116
331000
2000
Да, температура неслабая.
05:48
The trickiness about the reaction is that
117
333000
2000
Загвоздка с самой реакцией в том, что
05:50
tritium doesn't exist in nature.
118
335000
2000
трития в природе нет,
05:52
You have to make it from something else.
119
337000
2000
и его нужно откуда-то получить.
05:54
And you make if from lithium. That reaction at the bottom,
120
339000
3000
Получить его можно из лития. Реакция в нижней части слайда:
05:57
that's lithium 6, plus a neutron,
121
342000
4000
литиум-6 плюс нейтрон
06:01
will give you more helium, plus tritium.
122
346000
2000
дает ещё один гелий плюс тритий.
06:03
And that's the way you make your tritium.
123
348000
2000
Так и получается тритий.
06:05
But fortunately, if you can do this fusion reaction,
124
350000
3000
Но, к счастью, если удастся провести синтез,
06:08
you've got a neutron, so you can make that happen.
125
353000
4000
то появится нейтрон, а значит можно создать и тритий.
06:12
Now, why the hell would we bother to do this?
126
357000
3000
Так зачем нам в принципе этим заниматься?
06:15
This is basically why we would bother to do it.
127
360000
3000
А вот, взгляните.
06:18
If you just plot how much fuel
128
363000
4000
Если построить диаграмму запасов
06:22
we've got left, in units of
129
367000
2000
оставшегося топлива,
06:24
present world consumption.
130
369000
2000
в единицах текущего мирового потребления,
06:26
And as you go across there you see
131
371000
3000
и посмотреть, то мы увидим, что
06:29
a few tens of years of oil -- the blue line, by the way,
132
374000
2000
нефти осталось на несколько десятков лет… кстати, синие столбики – это
06:31
is the lowest estimate of existing resources.
133
376000
3000
минимальный прогноз существующих ресурсов,
06:34
And the yellow line is the most optimistic estimate.
134
379000
4000
а желтые столбики – наиболее оптимистичный прогноз.
06:38
And as you go across there you will see
135
383000
2000
Из этой диаграммы видно,
06:40
that we've got a few tens of years, and perhaps 100 years
136
385000
2000
что ископаемого топлива у нас осталось на десятки лет,
06:42
of fossil fuels left.
137
387000
3000
ну, может быть, лет на 100.
06:45
And god knows we don't really want to burn all of it,
138
390000
2000
И, конечно же, мы не хотим сжечь его полностью,
06:47
because it will make an awful lot of carbon in the air.
139
392000
2000
поскольку в атмосфере будет слишком много углекислого газа.
06:49
And then we get to uranium.
140
394000
3000
Теперь обратимся к запасам урана.
06:52
And with current reactor technology
141
397000
2000
Имеющаяся на сегодня технология реакторов
06:54
we really don't have very much uranium.
142
399000
3000
не оставляет надежд на достаточность запасов урана.
06:57
And we will have to extract uranium from sea water,
143
402000
2000
Нам придется добывать уран из морской воды –
06:59
which is the yellow line,
144
404000
2000
желтые столбики показывают потенциальный объем –
07:01
to make conventional nuclear power stations
145
406000
3000
ради того, чтобы выжать из существующих
07:04
actually do very much for us.
146
409000
2000
сейчас АЭС как можно больше.
07:06
This is a bit shocking, because in fact our government
147
411000
2000
Это несколько шокирует, поскольку правительство Великобритании
07:08
is relying on that for us to meet Kyoto,
148
413000
3000
рассчитывает на уран для выполнения требований Киотского протокола
07:11
and do all those kind of things.
149
416000
2000
и прочих условий.
07:13
To go any further you would have to have breeder technology.
150
418000
2000
Чтобы двигаться дальше, нам придется использовать бридер, ядерный реактор-размножитель.
07:15
And breeder technology is fast breeders. And that's pretty dangerous.
151
420000
4000
Нынешняя технология т.н. быстрого размножения довольно опасна.
07:19
The big thing, on the right,
152
424000
2000
Главный же козырь показан справа –
07:21
is the lithium we have in the world.
153
426000
2000
мировые запасы лития.
07:23
And lithium is in sea water. That's the yellow line.
154
428000
3000
Литий имеется в морской воде. Объем показан желтым столбиком [справа].
07:26
And we have 30 million years worth of fusion fuel in sea water.
155
431000
4000
В океане имеется топлива для синтеза на 30 миллионов лет.
07:30
Everybody can get it. That's why we want to do fusion.
156
435000
3000
Он доступен всем. Вот почему мы занимаемся ядерным синтезом.
07:33
Is it cost-competitive?
157
438000
3000
Вопрос: насколько он экономически привлекателен?
07:36
We make estimates of what we think it would cost
158
441000
2000
Мы провели оценку предполагаемых расходов
07:38
to actually make a fusion power plant.
159
443000
2000
на создание электростанции на ядерном синтезе.
07:40
And we get within about the same price
160
445000
3000
Расчеты дают цифры, не сильно отличающиеся
07:43
as current electricity.
161
448000
2000
от сегодняшних цен на электричество.
07:45
So, how would we make it?
162
450000
2000
Как же создать её?
07:47
We have to hold something at 150 million degrees.
163
452000
3000
Нужно достичь температуры в 150 миллионов градусов.
07:50
And, in fact, we've done this.
164
455000
3000
И мы сделали вот что.
07:53
We hold it with a magnetic field.
165
458000
2000
Мы удерживаем эту штуку магнитным полем,
07:55
And inside it, right in the middle of this toroidal shape, doughnut shape,
166
460000
5000
при этом внутри этой формы тора, этого бублика,
08:00
right in the middle is 150 million degrees.
167
465000
2000
точно по центру 150 миллионов градусов.
08:02
It boils away in the middle at 150 million degrees.
168
467000
4000
В центре поддерживается температура в 150 миллионов градусов.
08:06
And in fact we can make fusion happen.
169
471000
2000
Мы действительно можем достичь синтеза.
08:08
And just down the road, this is JET.
170
473000
2000
А вот [фотография проекта] JET, это недалеко [от Оксфорда].
08:10
It's the only machine in the world that's actually done fusion.
171
475000
2000
Это единственное в мире устройство, реально достигшее реакции синтеза.
08:12
When people say fusion is 30 years away, and always will be,
172
477000
3000
Когда мне говорят, что время для синтеза придет через 30 лет, и так будет всегда,
08:15
I say, "Yeah, but we've actually done it." Right?
173
480000
3000
я отвечаю: "Неужели? А мы уже его получили…".
08:18
We can do fusion. In the center of this device
174
483000
2000
Мы можем получать синтез. В центре этого устройства
08:20
we made 16 megawatts of fusion power in 1997.
175
485000
3000
мы в 1997 году выработали 16 мегаватт энергии синтеза.
08:23
And in 2013 we're going to fire it up again
176
488000
3000
А в 2013 году мы собираемся завести его заново
08:26
and break all those records.
177
491000
2000
и побить все рекорды.
08:28
But that's not really fusion power. That's just making some fusion happen.
178
493000
3000
Но это еще не производство энергии из синтеза. Это просто управление реакцией.
08:31
We've got to take that, we've got to make that into a fusion reactor.
179
496000
3000
Нам нужно на основе этого эксперимента создать реактор синтеза.
08:34
Because we want 30 million years worth of fusion power for the Earth.
180
499000
5000
Потому что для планеты нужно такое топливо, у которого запаса на 30 миллионов лет.
08:39
This is the device we're building now.
181
504000
2000
Именно такое устройство мы строим сейчас.
08:41
It gets very expensive to do this research.
182
506000
2000
Такого рода исследования очень дорого обходятся.
08:43
It turns out you can't do fusion on a table top
183
508000
2000
Оказывается, провести синтез компактно, «на столе», невозможно,
08:45
despite all that cold fusion nonsense. Right?
184
510000
3000
т.н. «холодный» синтез – пустые разговоры.
08:48
You can't. You have to do it in a very big device.
185
513000
3000
Невозможно. Необходимо очень большое устройство.
08:51
More than half the world's population is involved in building this device
186
516000
3000
Больше половины человечества делает вклад в возведение такого устройства
08:54
in southern France, which is a nice place to put an experiment.
187
519000
3000
в южной Франции. Для проведения эксперимента, кстати, место приятное.
08:57
Seven nations are involved in building this.
188
522000
4000
Семь сторон участвуют в проекте.
09:01
It's going to cost us 10 billion. And we'll produce half a gigawatt of fusion power.
189
526000
4000
Стоимость - 10 миллиардов. Мы собираемся вырабатывать половину гигаватт энергии синтеза.
09:05
But that's not electricity yet.
190
530000
3000
Но это еще не электричество.
09:08
We have to get to this.
191
533000
2000
Нам нужно вот что.
09:10
We have to get to a power plant.
192
535000
2000
Нам нужна электростанция.
09:12
We have to start putting electricity on the grid
193
537000
2000
Для выработки электричества и подачи его в сеть
09:14
in this very complex technology.
194
539000
2000
необходима очень сложная техника.
09:16
And I'd really like it to happen a lot faster than it is.
195
541000
3000
И я бы очень хотел, чтобы это произошло как можно скорее.
09:19
But at the moment, all we can imagine is sometime in the 2030s.
196
544000
5000
Но пока мы рассчитываем где-то на 2030-е годы.
09:24
I wish this were different. We really need it now.
197
549000
2000
Жаль, что это так. Нам очень нужно это сейчас.
09:26
We're going to have a problem with power
198
551000
2000
В Великобритании проблемы с энергией
09:28
in the next five years in this country.
199
553000
2000
начнутся в ближайшие пять лет,
09:30
So 2030 looks like an infinity away.
200
555000
4000
и 2030-й год выглядит бесконечно далёким.
09:34
But we can't abandon it now; we have to push forward,
201
559000
2000
Но забросить работу мы не можем, нужно продвигаться вперед,
09:36
get fusion to happen.
202
561000
2000
нужно создать синтез.
09:38
I wish we had more money, I wish we had more resources.
203
563000
2000
Конечно, хочется иметь побольше финансов, иметь побольше ресурсов,
09:40
But this is what we're aiming at,
204
565000
2000
но наша настоящая цель такова:
09:42
sometime in the 2030s --
205
567000
2000
иметь примерно в 2030-х годах
09:44
real electric power from fusion. Thank you very much.
206
569000
2000
реальную электроэнергию на основе синтеза. Благодарю вас.
09:46
(Applause)
207
571000
3000
(Аплодисменты)
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