Калифорнийский стартап считает, что может достичь, казалось бы, невозможного, используя ядерный синтез.
Адриан Биван: Мечта алхимиков — создавать золото из обычных металлов, но возможно ли это? Физика, объясняющая, как превратить один элемент в другой, хорошо изучена и уже десятилетиями используется в ускорителях и коллайдерах, которые сталкивают субатомные частицы.
Самый известный современный пример — Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе, расположенный в Женеве. Однако стоимость производства золота таким способом огромна, а количество получаемого драгоценного металла ничтожно мало.
Например, эксперимент ALICE в ЦЕРНе оценил, что за четыре года работы было произведено всего 29 пикограммов золота. При такой скорости потребовались бы сотни возрастов Вселенной, чтобы создать одну тройскую унцию золота (31,1 грамма).
Калифорнийский стартап Marathon Fusion предложил совершенно иной подход: использовать радиоактивность нейтронов в термоядерном реакторе для превращения одной формы ртути (ртуть-198) в другую (ртуть-197), которая затем распадается в стабильное золото-197.
Этот процесс распада частиц происходит, когда одна субатомная частица спонтанно превращается в две или более легких частицы. Команда Marathon Fusion подсчитала, что термоядерная электростанция могла бы производить несколько тонн золота на гигаватт тепловой мощности за один год работы.
Облучение изотопа ртуть-198 нейтронами приводит к образованию радиоактивного изотопа ртуть-197, который затем распадается в единственный стабильный изотоп золота.
Ключевой момент — наличие достаточно энергичных нейтронов для запуска цепочки распада ртути. Если это удастся реализовать, идея будет интересной. Но сможет ли она приносить прибыль — другой вопрос.
Для этого требуется большой нейтронный поток (мера интенсивности нейтронного излучения). Его можно создать, используя стандартную топливную смесь для термоядерных реакторов — дейтерий и тритий (оба являются изотопами водорода), чтобы генерировать энергию в плазме реактора.
Нейтроны легко проникают в материал и рассеиваются на ядрах атомов, замедляясь в процессе. Для превращения ртути-198 в золото требуются нейтроны с энергией выше 6 миллионов электронвольт.
Для своих расчетов Marathon Fusion использовала "цифрового двойника" термоядерного реактора — компьютерную модель, имитирующую физику термоядерной реакции и последующие радиоактивные процессы. Ограничение этого метода в том, что цифровой двойник необходимо проверить на реальном коммерческом реакторе — но таких пока не существует.
Препятствия на пути
Прежде чем ученые смогут создать коммерческий термоядерный реактор, предстоит преодолеть множество трудностей. Среди них — разработка новых материалов для строительства, понимание науки, необходимой для непрерывного получения энергии, и создание ИИ-систем, которые помогут поддерживать плазменную реакцию.
Даже самые передовые эксперименты, такие как британский проект JET (Joint European Torus), смогли генерировать лишь относительно небольшое количество энергии. Однако исследователи в Великобритании разработали новый способ уменьшения размеров термоядерных реакторов, изменив метод управления выхлопной плазмой. Прототип этой концепции, названный STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), планируется создать к 2040 году.
Радиоактивные отходы
Теоретически, производство золота из ртути в термоядерном реакторе возможно. Однако пока не будут созданы коммерческие реакторы, предположения Marathon Fusion, использованные в цифровом моделировании, останутся непроверенными.
Кроме того, любое золото, произведенное в реакторе, изначально будет радиоактивным, то есть классифицироваться как радиоактивные отходы. Это значит, что его придется хранить и обрабатывать еще долгое время после производства.
Как хорошо знают ядерные и физики элементарных частиц, при создании цифрового двойника эксперимента легко упустить важные физические эффекты и критические детали. Хотя переработка таких отходов в чистое золото станет дополнительной проблемой, это не обязательно отпугнет долгосрочных инвесторов.
Пока что это остается привлекательной идеей на бумаге — но до начала новой калифорнийской золотой лихорадки еще далеко.
Адриан Биван, профессор физики, Школа физических и химических наук, Лондонский университет Королевы Марии.
