На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Возможна ли будущая глобальная энергетическая система без термояда?
ВОЗМОЖНА ЛИ БУДУЩАЯ Глобальная ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕЗ
ТЕРМОЯДА?
С.В. Путвинский
1. Введение
    Когда академика Л.А. Арцимовича спросили,
когда же по его мнению будет построен 1-ый ядерный реактор, он ответил:
"Тогда, когда это будет необходимо населению земли". Необходимы ли нам сейчас
термоядерные реакторы? Ежели не на данный момент, то когда они пригодятся и понадобятся
ли вообщем? Мы все работающие в данной области осознаем, что трудимся над решением
одной из важных заморочек: созданием незапятнанного для окружающей среды и
практически не ограниченного ресурсами источника энергии. Крайние результаты
полученные на наибольшей экспериментальной термоядерной установке -
Европейский токамак JET - демонстрируют, что цель достижима [1]. JET уже работает
на грани положительного выхода, когда приобретенная мощность термоядерных реакций
в дейтериево-тритиевой плазме равна мощности, затрачиваемой на ее нагрев.
    К огорчению ничего не дается даром и тем паче создание
термоядерной энергетики. Это дело, требующее огромных издержек, которые в
Российском обществе потерявшем длительные цели, кажутся немыслимыми. Я провел
некоторое время, изучая данные, имеющиеся в разных обзорах и в компьютерной
сети, и собрал некие факты и числа, которые предоставляю вашему вниманию.
    Материал представленный в данной статье организован следующим
образом. Поначалу я напомню о динамике роста населения и представлю
статистические данные о сегодняшней структуре производства и употребления энергии,
а также статистические данные по распределению употребления посреди населения
Земли (¬2 и ¬3). В ¬4 и ¬5 будут обсуждены естественные ограничения на нынешнюю
глобальную энергетическую систему. основанную на сжигании ископаемых
энергоресурсов, и ее вероятное влияние на климат Земли и биосферу. В следующем
шестом параграфе будут дискуссироваться разные другие источники энергии.
которые могли бы заменить сегодняшнюю энергетическую систему. Седьмой параграф
будет посвящен управляемому термоядерному синтезу. И в конце концов, в последнем
разделе я попробую отдать мой ответ на вопросец данный академику Арцимовичу.
2. Мировое население и исторические энерго системы
    Желаем ли мы этого либо нет, но население
Земли будет продолжать расти еще длительное время. На Рис.1 показано, как росло
население за крайние 40 лет и как, предполагается, оно будет расти
следующие 50 лет.

 
    В шестидесятые годы. когда население на
Земле было меньше, чем 3 млрд человек, предсказание, что в 2000 году
население возрастет в два раза, до 6 млрд, казалось фантастикой. Теперь
видно, что предсказание было умопомрачительно четким (в реальный момент на Земле
живет 5885 миллионов человек). Те же модели предсказывают что к 2050 году население
благополучно возрастет до 9 млрд. Рост населения происходит в основном
из-за роста длительности жизни и с сиим ничего не поделать - наши
моральные принципы ориентированы на повышение длительности жизни до
естественного генетического предела, и решения связанные с уменьшением времени
жизни  неприемлемы для общества.
    "Кормитесь и размножайтесь!" отдал приказ Бог нашим
предкам приблизительно 12 тыщ годов назад, когда крайние остатки ледников быстро
отступали на север, открывая большие просторы плодородных пастбищ, способных
прокормить бесчисленные стада. И наши предки охотно подчинились.
    На данный момент тяжело предсказать, на каком уровне остановится рост
и какая будет его динамика опосля максимума. (Замкнутые экологические системы
обычно демонстрируют резкое падение численности вида опосля того, как его плотность
достигает уровня, разрушающего среду обитания.) Ясно только одно - ежели не
произойдет чертовских экологических явлений, то в наиблежайшие 50 лет
население будет продолжать расти приблизительно с той же скоростью, что и предыдущие
50 лет.
    Последующие 12000 лет, начиная с тех пор, как произошло
естественное глобальное потепление и началась история цивилизаций, человек жил
на так именуемых возобновляемых источниках энергии, потребляя зеленоватые растения,
которые в свою очередь на прямую употребляют Солнечную энергию в химической
реакции фотосинтеза:
Во время собственного роста первичный потребитель Солнечной энергии - зеленое
растение - поглощает углекислый газ из атмосферы, накапливает зеленоватую массу и
производит кислород. Реакция (
) идет в обратном
направлении, когда растение съедается вторичными потребителями Солнечной
энергии (травоядными животными, насекомыми, микробами и нами с вами) или
сгорает в хим реакциях. Этот источник энергии поддерживает практически все
уровни глобальной экологической системы и был способен поддерживать
человеческое население на уровне пары 10-ов миллионов человек.
Неолитическая революция либо переход от охоты и собирательства к сельскому
хозяйству и разведению домашних питомцев ничего не изменил с точки зрения
энергетики, а только сделал симбиоз человека и неких животных и растений
(общество человек - свинья - зерно), что привело к их взаимному благополучию
и бурному росту населения этого общества.
    Индустриальная революция, которая произошла в нашем обществе
около трехсот годов назад, было явлением совсем необыкновенным для почти всех миллиардов
лет естественной истории - эта была по-видимому 1-ая в истории смена
источника энергии от Солнечной к хим энергии нужных ископаемых - угля,
нефти и натурального газа. Дешевенький и большой источник энергии колоссально
изменил сегодняшний вид нашего мира и привел к тому бурному росту населения
сообщества человек свинья-зерно, который показан на примере человека на Рис.1.
    Хим реакция, производящая энергию при сжигании
ископаемых топлив,
перевоплотился на данный момент в основной источник энергии
индустриального мира.
3. Создание энергии и ее потребности
3.1. Структура производства и употребления энергии.
    Рис. 2 указывает структуру производства
и употребления энергии в США как обычный пример для потоков энергии в
индустриально развитой стране. Похожие потоки энергии есть и в других
развитых странах, включая Россию, которая по производству энергии на душу
населения далековато не на крайнем месте, превосходя почти все Европейские страны.

 
    Крупная часть энергии в промышленно
развитой стране (80% в США) делается при сжигании нужных ископаемых -
угля, нефти и природного газа. Ядерная энергетика производит в США только около
7.5% энергии. Приблизительно то же количество делается возобновляемыми
источниками - гидроэлектростанциями, солнечными и ветровыми и др..
    Приблизительно 40% полной произведенной энергии тратится на
промышленное создание, около одной четверти на транспорт (авто,
железные дороги, авиация) и остальное употребляется в наших домах на отопление,
освещение и приготовление еды. Естественно это деление несколько искусственное, но
дает представление о том, какие источники энергии нужны
человеку-индустриальному.
Создание товаров питания.
Чрезвычайно интересно
взглянуть на энерго издержки в сельском хозяйстве индустриально развитой
страны. Таблица 1 указывает сколько энергии употребляется на разных стадиях
производства товаров питания, начиная от поля и кончая столом в нашей
квартире.
    Выкармливание, которое включает распашку полей, их удобрение,
посадку растений и сбор урожая, потребляет около 3% полной произведенной в США
энергии. При полной потребляемой энергии 0.95
Дж и полном популяции 263 миллионов
человек соответствует впечатляющей средней мощности 344 Вт, приходящейся на
каждого человека. Но, это лишь малая часть всех расходов на питание. Пищу
надо переработать, привезти в магазин, реализовать и приготовить, до того как ее
можно поставить на стол и съесть. Ежели подсчитать все энерго расходы,
то средняя мощность, используемая с сельском хозяйстве вырастет практически до двух
киловатт либо до 16.5% от полной производимой мощности. Ежели представить, что
средний человек съедает 1 кГ еды в день (либо 2 ккал), то можно оценить среднюю
потребляемую мощность в виде товаров питания  100 Ватт. Это только малая
часть всех энергетических расходов на создание еды. Так как большая
часть энергии делается из нужных ископаемых, то можно огласить, что меню
индустриального человека состоит на 95% из нефти, природного газа и угля.
Таблица
1.
Потребление
энергии в сельском хозяйства США. Относительное распределение взято из [2], а потребление
на душу населения пересчитано основываясь на популяции США, составляющем 263 миллиона
человек и полном годовом потреблении энергии 0.95
Дж [5].
  Дешевенькие энерго ресурсы дозволили резко уменьшить число людей,
производящих еду для индустриального общества. В прединдустриальную эпоху
производством еды было занято практически 100% населения. Это происходит и на данный момент во
многих бедных бедных странах таковых как Нигерия, где в сельском хозяйстве
работает 97% населения [2]. В Соединенных Штатах лишь 7% населения занято
фермерским трудом, и средний Американец растрачивает на питание лишь 18% своих
доходов [2].
Транспорт.
Транспорт - один из крупнейших
потребителей энергии. В США, к примеру, на него расходуется около 27% полной
производимой энергии. Подавляющая толика энергии (97%) на транспорте получается
из сжигания бензина в движках легковых и грузовых каров, которые
составляют 80% его потребителей. Маловероятно, что в дальнейшем число автомобилей
в продвинутых странах будет понижаться - вся инфраструктура развитой страны в
большой степени базирована на автотранспорте. Невзирая на колоссальное снижение
потребления бензина современными авто, расход бензина на 100 км
уменьшился за крайние 20 лет в 2-3 раза,  общее мировое потребление
бензина продолжает возрастать. Это происходит за счет роста числа автомобилей
особенно в развивающихся странах таковых, как Китай.
    Большая часть продвинутых стран имеет чрезвычайно похожую структуру
производства и употребления энергии с маленькими региональными чертами. В
интеграле по всему миру относительный вклад нужных ископаемых в производство
энергии даже больше, чем в США. Таблица 2 указывает вклад разных источников
энергии в глобальную энергетическую систему. Общий вклад всех полезных
ископаемых в мировую энергетику наиболее 86%.
Таблица
2. Вклад разных энергетических ресурсов в мировую энергетику в 1994 [6].
3.2. Распределение населения по потреблению энергии.
    Отлично понятно, что распределение
производства и употребления энергии меж разными регионами чрезвычайно не
однородно. Это можно проиллюстрировать на примере электроэнергии с помощью
обычной функции распределения,
,
которая дает число людей на земном шаре ,
,
потребляющих на душу населения среднюю мощность,
.
    Такую функцию распределения можно легко
вывести из данных по потреблению энергии разными странами [6], относя их к
населению этих государств [7]. Распределение
по потреблению электроэнергии показано на Рисунке 3.

  Набросок указывает, что функция распределения состоит
из 2-ух компонент: промышленно продвинутые страны и так именуемые развивающиеся
страны (либо просто бедные). Разделение на "бедных и богатых" видно по
изменению среднего наклона функции распределения,
, которое происходит в районе 500 Вт. Продвинутые страны, такие
как США, Япония, большинства Европейских государств, Наша родина и др. потребляют более
500 Вт электрической мощности на душу. В энергетически богатых странах живет
около 20% населения, потребляя в среднем около 2000 Вт на душу. Остальная часть
населения, т.е. 80%, живет в странах, где среднее потребление электроэнергии на
душу населения было в 1995 всего 100 Вт.
    Не все промышленно продвинутые страны имеют высочайший уровень
жизни. К примеру, в Рф, которая является одним из огромнейших производителей
энергоресурсов и электроэнергии и потребляет в среднем 1400 Вт электрической
мощности на душу, уровень жизни населения достаточно маленький по сопоставлению с
другими индустриальными странами. В то же время ясно, что страны со 100 Ваттами
электроэнергии на душу навряд ли сумеют обеспечить достойный уровень жизни,
типичный для человека индустриального.
    Пока тяжело предсказать как: будет эволюционировать функция
распределения показанная на Рис. 3 - кинетическое уравнение для нее пока не
написано. Понятно только, что в продвинутых странах население и среднее потребление
энергии на душу фактически стабилизировались. Изменяющаяся часть - это
развивающиеся страны. Конкретно они дают основной вклад как в рост мирового
населения, так и в рост полного производства энергии. Ясно и то, что развитие
средств связи и транспорта наращивает взаимодействие меж этими компонентами
у функции распределения. Поток инвестиций в развивающиеся страны (к примеру в
Китай) непременно приведет к росту производства энергии в этих регионах, а с
другой стороны "охладит" энергичную компоненту функции распределения
(перенос энергоемких производств из развитых в развивающиеся страны, увеличение
эффективности индустрии и транспорта и т.д.).
    Рис. 3 указывает распределение по потреблению
электроэнергии, в которую преобразуется лишь около 24% энергоносителей.
Однако потребление остальных видов энергии тоже чрезвычайно неоднородно по регионам и
имеет похожие распределения.
    Таковым образом, создание энергии на уровне пары кВт
на душу населения нужно (но не довольно) для благополучия человека
индустриального. Полное мировое потребление энергии будет продолжать расти как
за счет роста населения так и за счет роста душевого производства энергии в
развивающихся странах. Прогноз на наиблежайшие 50 лет предсказывает рост
производства энергии в 2-3 раза до уровня 25-30
Вт [1].
4. Естественные ограничения на глобальную энергетическую
систему.
    Разглядим какие есть естественные
ограничения на полное создание энергии. Мы не будем дискуссировать природные
ресурсы (подробный анализ природных ресурсов подходящих для производства энергии
можно отыскать в работе [8]) , а обратимся к экологическим последствиям, которые
как сейчас стало ясно [1] могут проявиться еще ранее, чем будут выработаны
ископаемые энергоресурсы.
4.1 Энергетический баланс Земли
    Разумеется, что вся произведенная энергия
раньше либо позднее выделится в виде тепла на поверхности Земли, которое в
принципе может воздействовать на климат. Сопоставление производимой человеком энергии с
полной энергией Солнечного излучения, падающего на Землю, приведено в Таблице
3. Еще пока энергия, производимая человеком, меньше чем 10
от Солнечной энергии, достигающей
поверхности Земли, и составляет всего только несколько процентов от ее
периодических конфигураций, которые, как считают, могут быть несут ответственность за
периодические климатические конфигурации, происходившие в истории Земли. Таким
образом, антропогенное создание энергии, добавляющее только 0.01% к Солнечной
энергии, очень не достаточно, чтоб оказать прямое влияние на на климат. Наиболее опасным
может оказаться изменение хим состава атмосферы, которое может привести
к изменению углеродного цикла и, а именно, к изменению глобального теплового
баланса за счет парникового эффекта.
Таблица
3. Сопоставление производимой человеком энергии с Солнечной энергией [1,3].
    Как было показано выше, крупная часть
энергии (86%) делается населением земли за счет сжигания ископаемых топлив,
или по другому говоря за счет использования хим реакции (2). побочным
продуктом которой является углекислый газ,
, и, таковым образом,
практически весь углерод, сжигаемый при производстве энергии, выбрасывается в
атмосферу в форме углекислого газа. Тем человек при производстве энергии
напрямую вмешивается в один из базовых циклов, на котором построена
жизнь на Земле - углеродный цикл. Выбросы углекислого газа на уровне
современной энергетики уже приводят к сдвигам в естественном углеродном цикле
и, начиная с некого уровня, могут вызвать необратимые конфигурации в Биосфере.
Парниковый эффект от углекислого газа производимого при производстве энергии
был предсказан наиболее 100 годов назад  С. Аррениусом [11]. В то время это
были чисто теоретические догадки и было не ясно будет ли весь выброшенный
углекислый газ поглощаться мировым Океаном. 100 лет спустя мы знаем гораздо
больше о балансе углекислого газа в атмосфере.
4.2 Баланс углекислого газа в атмосфере.
    Количество углерода содержащегося в
атмосфере в виде углекислого газа, его количество в мировом Океане, и потоки
производимые разными естественными и антропогенными источниками показаны на
Рисунке 4. Каждый год зеленоватые растения поглощают из атмосферы приблизительно 100
Гигатонн (1 Гигатонна=10
тонн)
углерода в процессе фотосинтеза и роста [12]. (Это соответствует средней
продуктивности 20 ц/Га зеленоватой массы на 10% Земной поверхности). Приблизительно такое
же количество углерода выбрасывается каждый год обратно в атмосферу при
потреблении зеленоватых растений вторичными потребителями, их химическом
разложении, лесными пожарами и иными естественными причинами. Полное
количество углерода в биомассе, включая земли, составляет по оценкам около 2200
Гт, что соответствует среднему времени жизни биомассы около 20 лет (близко ко
времени жизни дерева). Пищевая цепь общества человек - свинья - зерно
добавляет в сбалансированный круговорот углерода всего 1 Гт в год. Планктон и
другие океанские растения, живущие на глубине до 100 метров, куда просачивается солнечный
свет и где возможна реакция фотосинтеза, обмениваются с атмосферой приблизительно тем
же количеством углерода, 90 Гт в год, что и наземные растения [12]. Океан
содержит неограниченное количество углерода, 40000 Гт, в виде углекислого газа,
растворенного в воде на большой глубине, но обмен меж поверхностью и
глубокими слоями чрезвычайно медленный. Таковой обмен имеет характерное время 500-1000
лет [1] и при сегодняшней концентрации углекислого газа в атмосфере по современным
оценкам обеспечивает откачку около 2 Гт углерода в год.

    Геологические источники углекислого газа
не значительны. К примеру, источник
от вулканической
активности и эрозии геологических структур поставляет в атмосферу лишь 0.1 Гт
углерода в год, что еще меньше, чем биогенные потоки.
    Набросок 4 приводит к увлекательным и неожиданным заключениям.
Во первых, видно, что зеленоватые растения суши и моря в состоянии
"съесть" весь углекислый газ из атмосферы приблизительно за 4 года. Это
означает, что атом углерода в форме молекулы
живет в атмосфере в
среднем четыре года, до того момента, когда молекула будет поглощена зеленым
растением при фотосинтезе. Последующие 20 лет углерод проведет в составе
органической материи и при ее распаде опять возвратится в атмосферу. Таким
образом, полный круговорот углерода происходит приблизительно за 25 лет. К примеру,
углерод из дерева, которое умерло 100 годов назад, был применен растениями и
животными уже четыре раза. Во вторых, количество углерода в атмосфере в
несколько раз меньше, чем количество углерода в биомассе. Все это значит, что
атмосферный углекислый газ находится в состоянии реального динамического
равновесия с живой природой и оценки влияния людской активности на баланс
углерода должны это учесть. Парниковый эффект это только часть возможного
воздействия и полностью возможно, что есть и остальные нюансы, о которых мы
еще не знаем.
4.3 Влияние энергетической системы на углеродный цикл
    Из рисунка 4 видно, что количество
углерода, выкидываемого в атмосферу при сжигании ископаемых топлив, 5.5 Гт,
существенно превосходит то, что дают все естественные геологические источники.
Очевидно, что у биосферы, как у системы имеющейся млрд лет, обязана быть
естественная система управления, поддерживающая, а именно, и содержание
углекислого газа в атмосфере на неизменном уровне. Вправду, около 2 из
5.5 "доп" к естественному циклу Гигатонн углерода
поглощается океанами. Леса и остальные растения могли бы всасывать еще 1.8 Гт, но
систематические вырубки тропических лесов возвращают обратно 1.6 Гт , так что
результирующий эффект от наземной растительности остается на уровне 0.2 Гт в
год. Таковым образом, индустриальные выбросы углекислого газа значительно превышают
естественные возможности биосферы регулировать содержание углекислого газа в
атмосфере, и его концентрация безпрерывно растет. Это видно на рисунке 5, на
котором показаны результаты измерения содержания углекислого газа в атмосфере в
течение крайних 1000 лет [1]. Постоянные измерения в атмосфере ведутся на
Гавайских островах, начиная с 1958 г. Наиболее ранешние точки были получены по
содержанию углекислого газа в пузырьках воздуха во льдах Антарктиды. Видна
четкая корреляция меж началом постоянного использования нужных ископаемых в
начале 18 века и содержанием углекислого газа в атмосфере. Сегодняшний рост
содержания углекислого газа в атмосфере отлично согласуется с оценками
источников и стоков, приведенными выше. Измерения также демонстрируют, что за последние
200 лет концентрация углекислого газа возросла на 30% от естественного,
прединдустриального уровня.

    Таковым образом, океаны и наземные растения
могут поглотить только 40% выбросов углекислого газа производимого при сжигании
нефти, угля и природного газа. а 60% выбросов скапливаются в атмосфере.
    Сейчас можно попробовать оценить, каково будет содержание
углекислого газа в атмосфере к 2050 г., предполагая, что. как и на данный момент,
ископаемые энергоресурсы останутся главным источником энергии, а ее
производство удвоится по сопоставлению с сегодняшним уровнем. В данном случае мировая
энергетическая система выбросит к 2050 году в атмосферу 400 Гт углерода и
увеличит его содержание с 750 до 1000 Гт. Эта обычная оценка отлично совпадает с
прогнозами, изготовленными на базе еще наиболее сложных моделей [1], которые
также предсказывают практически удвоение концентрации  
к 2050 г. по сопоставлению с естественным,
прединдустриальным уровнем в так именуемом случае "все по-прежнему"
[1,12]. Ежели представить, что сегоднящая скорость поглощения углекислого газа
океанами - это ответ естественной системы управления на 30%-ное возрастание
концентрации
в атмосфере, то
максимальная скорость поглощения быть может не больше 6-7 Гт в год. Это
сравнимо с сегодняшними выбросами
и меньше, чем будущие
выбросы. Потому нет никаких оснований считать, что естественная система
управления каким или образом выравнивает содержание
.
Мы производим очень огромное возмущение. В 1957 г. основатели изучения
углеродного цикла, Р. Ревел и Г. Сюс, писали: "Население земли сейчас
проводит глобальный геофизический опыт, равных которому не было в
прошлом и никогда не будет в дальнейшем. В течении всего пары веков мы
возвращаем в атмосферу и океаны углерод органического происхождения накопленный
в осадочных породах за сотки миллионов лет" [12].
    Какими же могут быть последствия такого
"опыта" для общества человек - свинья - зерно?
5. Влияние роста концентрации CO
    Вероятные последствия выбросов
углекислого и остальных сопутствующих газов в атмосферу активно изучались в
течении крайних пары 10-ов лет. Основное беспокойство вызывает
парниковый эффект [1].
    Парниковый эффект играет существенную роль в энергобалансе
Земли: без парникового эффекта средняя температура на поверхности Земли была бы
ниже точки замерзания воды. Углекислый газ, водяные пары и некие другие
газы, находящиеся в атмосфере, поглощают инфракрасное тепловое излучение с
поверхности Земли, нагреваемой солнечным светом и поддерживают среднюю
температуру на уровне 10¦C. Чем больше концентрация парниковых газов, тем
больше эффект, который можно охарактеризовывать доборной мощностью излучения
на единицу площади эквивалентной влиянию парникового эффекта.
    Оценки демонстрируют, что сегодняшнее повышение содержания
углекислого газа на 30% эквивалентно повышению потока энергии на 2.45 Вт/м
[1], что составляет 0.7% Солнечной
энергии, достигающей поверхности Земли. Это приблизительно в 70 раз больше, чем
прямой нагрев поверхности от сжигания энергоносителей. Климатические модели
предсказывают, что к 2050 г., ежели "все по-прежнему", парниковый
эффект вырастет до 5-6 Вт/м
,
составит 1.5% от Солнечной энергии и, следовательно, будет сравним с масштабом
естественных конфигураций, приводивших в геологическом прошедшем к глобальным
климатическим изменениям.
    Крайние 5 млн лет климатической истории характеризовались
возрастающей изменчивостью климата. Это видно из рисунка 6, на котором показаны
временные зависимости средней температуры на различных временных шкалах.
Постепенное остывание Земли, происходившее в течении крайних 60 млн лет,
около 5 млн годов назад сменилось режимом, характеризующимся регулярными
периодическими колебаниями температуры с периодом около 120 тыщ лет.
Амплитуда таковых "пилообразных" колебаний 5-10¦C. Каждый цикл
начинался с относительно скорого потепления и следующего теплого периода,
длящегося 10-20 тыщ лет. Последующие 100 тыщ лет температура постепенно
уменьшалась, достигала собственного минимума и потом опять быстро росла.
    100 тысячелетнее уменьшение температуры сопровождалось
осцилляциями с наименьшей амплитудой и периодом около 20 тыщ лет, которые
приводили к повторяющемуся росту и отступлению ледников в северном полушарии -
ледниковым периодам. Крайний и более прохладный ледниковый период был 20-30
тысяч годов назад. В это время граница ледника опускалась до широты северной
Франции. На рисунке 6 видна корреляция меж поведением температуры в северном
и южном полушариях, из чего же можно заключить, что 20 -100 тысячелетние колебания
температуры соединены с глобальными переменами климата.
    Что все-таки является предпосылкой повторяющихся изменений
температуры? Конкретного ответа пока нет. Есть только несколько гипотез:
периодическое изменение светимости Солнца, прохождение Галлактики через
пылевые облака, столкновения с астероидами, и, в конце концов, повторяющиеся изменения
орбиты Земли и наклона Земной оси. Крайняя теория, которая называется
механизмом Миланковича, считается более достоверной - эллиптичность орбиты
Земли и прецессия ее оси вращения имеют главные периоды - 100, 40 и 20 тысяч
лет - отлично коррелирующие с повторяющимися переменами температуры [9,10].
    Большее беспокойство у человека-индустриального должны
вызывать наиболее нередкие колебания температуры, с периодом всего 1-2 тыщи лет,
которые видны на наиболее узкой временной шкале на рисунке 6. Удивительное
свойство этих осцилляций - наличие резких фронтов, напоминающих фазовые
переходы. Ежели это не "шум" в измерениях, то некие изменения
температуры с амплитудой 10¦C происходили наименее, чем за 100 лет. На рисунке 6
можно отыскать действия, во время которых средняя температура в месте измерения
падала на 10¦C, оставалась на этом уровне около 2000 лет, и потом также быстро
возвращалась обратно. Имеются доп данные [1], показывающие, что
последнее потепление, которое происходило около 11-12 тыщ годов назад, было
очень скорым. Тогда, средняя температура в центральной Гренландии выросла на
7¦ в течении пары десятилетий, а конфигурации температуры сопровождались еще
более стремительной сменой распределения осадков и перестройкой циркуляции атмосферы
[1]. Может быть, что память поколений хранит воспоминания о этом событии как о
всемирном потопе.
    Что все-таки происходило с содержанием углекислого газа во время
периодических колебаний температуры, и каким образом это влияло на зеленые
растения? Оказывается, что концентрация
тоже сильно менялась
вслед за конфигурацией средней температуры и площадей ледников. 20 тыщ лет
назад, во время крайнего ледникового минимума, концентрация углекислого газа
была в два раза ниже, прединдустриального уровня, а потом, следуя быстрому
увеличению температуры, также быстро возросла [14]. Как выяснилось, низкое
содержание углекислого газа само по себе значительно воздействовало на растительный
покров даже в тропиках, где похолодание во время ледникового периода было не
так велико, как в больших широтах [15]. Существует и точка зрения, что
увеличение концентрации углекислого газа опосля потепления привело к увеличению
продуктивности зеленоватых растений и сделало вероятным земледелие [15] и, как
следствие, сегодняшнее развитие цивилизаций.
    Таковым образом, в относительно недавнем прошедшем на Земле
происходили скорые климатические конфигурации с соответствующим масштабом времени,
сравнимым с течением времени жизни 1-го поколения. Такие климатические изменения
должны рассматриваться как глобальные катастрофы, способные оказать
серьезнейшие действия на инфраструктуру современного общества. Судя по
прошлым 120 тыщам лет климатической истории, мы находимся на данный момент в конце
теплого периода и в предстоящем температура обязана начать постепенно
уменьшаться. Повторится ли этот естественный цикл либо же влияние человека уже
слишком велико и нас ждет резкое потепление с полным таянием полярных льдов
[14] и еще одним "глобальным потопом"? Даже в этом случае, если
климатические действия выбросов окажутся меньше, чем мы на данный момент предполагаем,
удвоение концентрации
обязано вызвать
существенные конфигурации в биосфере. Сколько точно времени будет нужно для того,
чтобы выбросы
привели к серьезным
экологическим последствиям, мы пока не знаем, но можем представить, что в
случае "все по-прежнему", это непременно произойдет.
6. Другие источники энергии
    Ответственный житель индустриального
мира, привыкший к потреблению большой доборной энергии, должен задуматься
над тем, чем все-таки он заменит ископаемые энергоресурсы через 40 - 50 лет, для того
чтобы продлить свое благополучное существование. В этом параграфе мы обсудим,
какие из узнаваемых источников энергии могли бы сыграть лидирующую роль в
будущей энергетической системе.
    Готовых кандидатов для новейшей, "не ископаемой"
энергетики не так много. Это - гидроэлектроэнергия, солнечная энергия,
выращивание и сжигание биомассы, ядерные реакторы, использующие реакцию
деления. Другие источники энергии, такие как энергия ветра, океанские
приливы, геотермальная энергия и остальные должны употребляться, где это возможно
и выгодно, но разумеется, что их энерго способности очень малы и не
могут внести значимый вклад в глобальную энергетическую систему. При оценке
альтернативных кандидатов необходимо учитывать, что структура употребления просит,
чтобы около 50% энергии производилось и поставлялось потребителю в постоянном
режиме (промышленное потребление, подогрев жилищ, часть транспорта). Эта часть
потребления обязана обеспечиваться так именуемой базисной энергетикой. Остальная
энергия может производиться и тратиться по мере надобности, с максимальным
потреблением в дневное время и относительно маленьким потреблением в ночное
время.
уже поставляет в глобальную энергетическую
систему около 7%  энергии [2]. Этот источник энергии стал активно
разрабатываться сначала 20 века и в текущее время большая часть подходящих для
коммерческого использования ресурсов уже освоено. Очень возможно, что в
будущем создание гидроэлектроэнергии остается на сегодняшнем уровне
Вт. Гидроэлектроэнергия - это базисный источник энергии.
является одним из наиболее
привлекательных других источников энергии. Полная солнечная энергия,
падающая на Землю, огромна, и внедрение < 10
ее части, требуемой для мировой энергетической системы, навряд ли может изменить
глобальный энергетический баланс. Современные технологии для прямого
использования солнечной энергии употребляют как фотоэлектрические преобразователи
(солнечные батареи) так и термо машинки. В крайнем случае для увеличения
кпд. преобразования солнечные лучи должны быть сконцентрированы с помощью
специальных зеркал - гелиостатов - на приемниках, в каких происходит нагрев
рабочего тела. Прямое солнечное излучение способно подогреть поверхность до
температуры <100¦ С. В тех вариантах, когда высокотемпературное тепло не
требуется, к примеру для нагрева воды в домах, солнечная энергия уже достаточно
широко употребляется в солнечных районах.
    Принципиальная неувязка для солнечной энергетики - это
наличие энергии лишь деньком. Средняя во времени мощность солнечной энергии по
крайней мере втрое меньше, чем пиковая мощность в полдень (отношение
уменьшится ежели учитывать облачные дни). Потому внедрение солнечного света
для базисного производства энергии просит параллельного строительства
накопителей энергии. К примеру, солнечная электростанция на 1 ГВт средней
мощности, работающая в базисном режиме, востребует оборудования, рассчитанного по
крайней мере на 3 ГВт пиковой мощности. Не считая того, рядом с ней необходимо будет
построить накопитель энергии на 5.8
ГДж и вторую, уже не солнечную
электростанцию с мощностью 1 ГВт, которая будет применять накопленную
энергию в черное время суток. Чтоб представить для себя масштаб накопителя, можно
сделать оценку для накопителя состоящего из 2-ух водохранилищ разделенных
плотиной высотой в 20 м (один из более действенных накопителей). В течении
дня вода будет закачиваться в верхнее водохранилище а потом употребляться на
гидроэлектростанции (мощностью 1 ГВт) в течении темного времени суток.
Требуемая площадь водохранилища - 30 км
.
Таким образом солнечная электростанция со средней мощностью 1 ГВт для работы в
постоянном базисном режиме востребует установленной мощности минимум 4 ГВт и
огромного накопителя энергии.
    Приведенный пример указывает, что солнечная энергия вряд ли
подходит для базисного производства энергии. В то же время солнечная энергетика
по-видимому сумеет обеспечить значительную часть энергетических домашних
потребностей (нагрев воды и т.п.) и может быть часть энергетических издержек в
промышленности и связи. Оценки демонстрируют, что при современной структуре
потребления энергии солнечная энергетика в дальнейшем сумеет обеспечивать до 20%
полных энергетических потребностей общества [2].
для производства органического
топлива может стать одним из существенных компонент будущей энергетической
системы. Этот, самый старый метод производства энергии, человек использует
многие 10-ки тыщ лет, сжигая дрова поначалу на костре, а потом в печке.
Прогресс в этом направлении ожидается от биоинженерии, которая обязана вывести
высокопродуктивные зеленоватые растения и создать действенные методы их
переработки в горючее. Получение энергии из биомассы не нарушает углеродного
баланса. При росте зеленоватое растение потребляет углекислый газ из атмосферы, при
сжигании горючего углекислый газ ворачивается обратно в том же количестве.
    Хотя углеродный цикл при таком методе производства
замкнутый, он впрямую вмешивается в естественный углеродный цикл и, начиная с
некоторого уровня, может сдвинуть естественное равновесие. Не надо забывать и
то, что не считая углеродного, растения участвуют в азотном и фосфорном цикле,
которые тоже будут интерферировать с естественной средой. Беря во внимание, что все
наземные растения связывают раз в год 100 Гт углерода, можно представить что
верхний предел для производства биомассы, при котором естественный цикл еще не
сильно возмущен, будет на уровне 10 Гт углерода (10% либо меньше это типичное
отношение меж вторичным потребителем и первичным производителем в здоровой
экологической системе). Ежели представить что для производства 1 кг топлива
потребуется 6 кг биомассы [2], можно оценить верхний предел для производства
энергии из биомассы как 15-20% от полных будущих потребностей энергии.
    Таковым образом, этот метод производства энергии,
по-видимому, не сумеет удовлетворить все потребности базисной энергетики. В то
же время горючего, производимые из биомассы, могут в принципе заменить
значительную часть бензина используемого в авто-транспорте и тем самым
существенно понизить несбалансированные выбросы
в атмосферу. Для этого
нужно создать энергетически действенные методы выкармливания биомассы, при
которых энергия, приобретенная из горючего, превосходит энерго издержки на ее
выращивание. Напомним, что в современном сельском хозяйстве на выращивание
продукции с энергетическим эквивалентом в 100 Дж просит наиболее 300 Дж
энергетических издержек (см. ¬3).
, использующие энергию деления
тяжелых ядер, являются одним из главных кандидатов для базисной энергетики
[16]. Ядерные технологии отлично разработаны и на данный момент на подходе новое поколение
ядерных реакторов, владеющих завышенной внутренней сохранностью. Ядерные
электростанции поставляют в мировую энергетическую систему около 6% от всей
производимой энергии. В неких странах это основной источник в базовой
энергетике. К примеру, во Франции ядерные электростанции создают наиболее 70%
электроэнергии. В противоречии со сложившимся публичным мнением, ядерные
электростанции являются более безопасными и экологически незапятнанными посреди всех
"ископаемых" методов производства энергии. Основное и обоснованное
беспокойство, связанное с широким внедрением ядерной энергии, вызывают два
обстоятельства: это - 1) распространение ядерных технологий и материалов,
которые могут быть применены для производства ядерного орудия, и 2)
наработка и необходимость хранения долгоживущих ядерных отходов. Ежели ядерные
электростанции будут к 2050 г. создавать 50% процентов энергии, то они будут
производить раз в год и около 50000 т высоко радиоактивных отходов [16]. Это не
так уж много, ежели сопоставить с тепловыми электростанциями, которые сегодня
выбрасывают в атмосферу 50000 т углерода в одну минутку. Беда в том, что
радиоактивные отходы останутся активными в течении следующих 10-100 тыщ лет
и будут безпрерывно скапливаться и, чем далее, тем больше издержек будет
требоваться для их хранения и переработки.
    Таковым образом, ядерная энергетика, будучи экологически более
чистой, чем термо станции, владеет этим же недочетом - это временное
решение энергетической трудности, способное только отдать доп время на
разработку и переход к реальным возобновляемым источникам энергии. Существует
и мощный психический барьер для широкомасштабного внедрения ядерной
энергетики - публичное мировоззрение населения большинства развитых стран
направлено против развития ядерного сектора энергетики, и, как следствие,
законодательство вносит чрезвычайно мощные ограничения на сохранность ядерных
реакторов, снижая их конкурентноспособность. Причина тут проста - нынешнее
поколение испугано "ядерной бомбой" как более впечатляющим
примером использования ядерной энергии в период прохладной войны. В то же время
никто не опасается печки, к которой все привыкли за 10-ки тыщ лет человеческой
истории невзирая на тот факт, что почти все тыщи людей погибает раз в год от
последствий колоссальных выбросов
и остальных веществ в
атмосферу трубами индустриальных "печек".
    Видно, что в текущее время у нас нет готовых подходящих
кандидатов для подмены "ископаемой" базисной энергетической системы, за
исключением ядерных реакторов деления, которые могли бы на некое время
снизить экологическое давление на окружающую среду, создаваемое сжиганием
ископаемых энергоресурсов. Преобразование солнечной энергии и производство
биомассы совместно с иными возобновляемыми источниками сумеют обеспечить не
более 50% будущих потребностей в энергии. Ежели в ближнем будущем потребуются
быстрые и суровые меры по понижению выбросов углекислого газа, то единственным
решением будет подмена тепловых электростанций ядерными.
    Имеется возможный кандидат для базисной энергетики -
управляемый ядерный синтез - но для его разработки и внедрения потребуются
еще почти все 10-ки лет.
7. Управляемый ядерный синтез
    Управляемый ядерный синтез
использует ядерную энергию. выделяющуюся при слиянии легких ядер, таковых как
ядра водорода либо его изотопов дейтерия и трития. Ядерные реакции синтеза
широко всераспространены в природе, будучи источником энергии звезд. Наиблежайшая к
нам звезда - Солнце - это естественный ядерный реактор, который уже многие
миллиарды лет снабжает энергией жизнь на Земле. Ядерный синтез уже освоен человеком
в земных критериях, но пока не для производства мирной энергии, а для
производства орудия он употребляется в водородных бомбах. Начиная с 50 годов, в
нашей стране и параллельно во почти всех остальных странах проводятся исследования по
созданию управляемого термоядерного реактора. С самого начала стало ясно, что
управляемый ядерный синтез не имеет военного внедрения. В 1956 г.
исследования были рассекречены и с того времени проводятся в рамках широкого
международного сотрудничества. В то время казалось, что цель близка, и что
первые большие экспериментальные установки, построенные в конце 50 годов,
получат термоядерную плазму. Но потребовалось наиболее 40 лет исследований для
того, чтоб сделать условия, при которых выделение термоядерной мощности
сравнимо с мощностью нагрева реагирующей консистенции. В 1997 г. самая крупная
термоядерная установка - Европейский токамак, JET, получила 16 МВт термоядерной
мощности и вплотную подошла к этому порогу.
    Что все-таки явилось предпосылкой таковой задержки? Оказалось, что для
достижения цели физикам и инженерам пришлось решить массу заморочек, о которых и
не догадывались сначала пути. В течении этих 40 лет была сотворена наука -
физика плазмы, которая дозволила осознать и обрисовать сложные физические процессы,
происходящие в реагирующей консистенции. Инженерам потребовалось решить не менее
сложные трудности, в том числе научиться создавать глубочайший вакуум в больших
объемах, создать огромные сверхпроводящие магниты, массивные лазеры и источники
рентгеновского излучения, создать инжекторы способные создавать мощные
пучки нейтральных атомов, создать способы частотного нагрева консистенции и
многое другое.
    1-ое поколение термоядерных реакторов, которые пока
находятся в стадии разработки и исследований, по-видимому будет использовать
реакцию синтеза дейтерия с тритием
,                                           
(3)
в итоге которой появляется ядро гелия,
, и нейтрон. Нужное условие для того,
чтобы таковая реакция пошла - это достижение высочайшей температуры консистенции (сто
миллионов градусов). Лишь в данном случае реагирующие частички могут преодолеть
электростатическое отталкивание и при столкновении, хотя бы на короткое время,
приблизиться друг к другу на расстояние, при котором возможна ядерная реакция.
При таковой температуре консистенция изотопов водорода на сто процентов ионизируется и
превращается в плазму - консистенция электронов и ионов. Не считая высочайшей температуры,
для положительного выхода энергии необходимо, чтоб время жизни плазмы,
, помноженное на плотность реагирующих
ионов,
, было довольно велико
.
Последнее условие именуется аспектом Лоусона. Основная физическая неувязка, с
которой столкнулись исследователи на первых шагах на пути к термоядерному
синтезу - это бессчетные плазменные неустойчивости, приводящие к плазменной
турбулентности. Конкретно они сокращали время жизни в первых установках до
величины на много порядков меньше ожидаемой не дозволяли достигнуть
выполнения аспекта Лоусона. За 40 лет исследований удалось отыскать способы
борьбы с плазменными неустойчивостями и выстроить установки способные
удерживать турбулентную плазму.
    Есть два принципиально разных подхода к созданию
термоядерных реакторов, и пока не ясно, какой подход окажется наиболее
выгодным.
    В так именуемом инерционном термоядерном синтезе несколько
миллиграмм дейтериево-тритиевой консистенции сжимаются оболочкой, ускоряемой за счет
реактивных сил, возникающих при испарении оболочки при помощи массивного лазерного
или рентгеновского излучения. Энергия выделяется в виде микровзрыва, когда в
процессе сжатия в консистенции дейтерия с тритием достигаются нужные условия для
термоядерного горения. Время жизни таковой плазмы определяется инерционным
разлетом консистенции и потому аспект Лоусона для инерционного удержания принято
записывать в определениях произведения
, где
-
радиус сжатой мишени. Для того, чтоб за время разлета консистенция успела выгореть,
нужно, чтобы
. Отсюда сходу следует, что критическая
масса горючего,
, будет уменьшаться с
ростом плотности консистенции,
, а следовательно и энергия микровзрыва
будет тем меньше, чем большей плотности консистенции получится достичь при сжатии.
Ограничения на степень сжатия соединены с маленький, но постоянно существующей
неоднородностью падающего на оболочку излучения и с несимметрией самой мишени,
которая к тому же наращивается в процессе сжатия из-за развития неустойчивостей. В
результате возникает некоторая критическая масса мишени и, следовательно,
критическая энергия, которую необходимо вложить оболочку для ее разгона и получения
положительного выхода энергии. По современным оценкам [17], в мишень с массой
топлива около 5 миллиграмм и радиусом 1-2 мм необходимо вложить около 2 МДж
за время 5-10
с. При всем этом энергия микровзрыва будет
на уровне всего 5
Дж (эквивалентно около 100 кг обычной
взрывчатки) и быть может просто удержана довольно крепкой камерой.
Предполагается, что будущий ядерный реактор будет работать в режиме
последовательных микровзрывов с частотой в несколько герц, а выделяемая в
камере энергия будет сниматься теплоносителем и употребляться для получения
электроэнергии.
    За прошедшие годы достигнут большой прогресс в понимании
физических действий происходящих при сжатии мишени и содействии лазерного
и рентгеновского излучения с мишенью. Наиболее того, современные многослойные
мишени уже были проверены при помощи подземных ядерных взрывов, которые
позволяют обеспечить требуемую мощность излучения [17]. Было получены зажигание
и большой положительный выход термоядерной энергии, и потому нет колебаний, что
этот метод в принципе может привести к успеху. Основная техно неувязка,
с которой сталкиваются исследователи, работающие в данной области - создание
эффективного импульсного драйвера для ускорения оболочки. Требуемые мощности
можно получить, используя лазеры (что и делается в современных
экспериментальных установках [17]), но к.п.д лазеров очень мал для того,
чтобы можно было рассчитывать на положительный выход энергии. В настоящее время
разрабатываются и остальные драйверы для инерционного синтеза основанные на
использовании ионных и электронных пучков, и на разработке рентгеновского
излучения при помощи Z пинчей. За ближайшее время тут также достигнут
существенный прогресс [18]. В текущее время в США ведется строительство
большой лазерной установки, NIF, рассчитанной на получение зажигания [19].
Рисунок 7 указывает сечение камеры, в какой будет происходить поджиг мишени.

     Другое направление в управляемом
термоядерном синтезе - это термоядерные реакторы, основанные на магнитном
удержании. Магнитное поле употребляется для изоляции горячей
дейтериево-тритиевой плазмы от контакта со стеной. В отличие от инерционных
реакторов магнитные термоядерные реакторы - это стационарные устройства с
относительно низким большим выделением энергии и относительно большими размерами.
За 40 лет термоядерных исследований были предложены разные системы для
магнитного удержания, посреди которых токамак занимает на данный момент лидирующее
положение. Иная система для магнитного удержания плазмы - это стелларатор.
Крупные стеллараторы строятся в текущее время в Стране восходящего солнца и Германии.
    В токамаке жгучая плазма имеет форму тора и удерживается от
контакта со стеной при помощи магнитного поля создаваемого как внешними
магнитными катушками, так и током протекающим по самой плазме. Соответствующая плотность
плазмы в токамаке 10
, температура
12000¦C) и давление 2-3 атм. Для того, чтоб удержать это
давление требуется магнитное поле с индукцией
.
Однако плазменные неустойчивости ограничивают допустимое давление плазмы на
уровне пары процентов от магнитного давления и потому требуемое
магнитное поле оказывается в пару раз выше, чем то, которое необходимо для
равновесия плазмы. Для избежания энергетических расходов на поддержание
магнитного поля, оно будет создаваться в реакторе сверхпроводящими магнитами.
Такая разработка уже имеется в нашем распоряжении - один из крупнейших
экспериментальных токамаков, Т-15, построенный пару лет назад в Рф,
использует сверхпроводящие магниты для сотворения магнитных полей.
    Токамак реактор будет работать в режиме
самоподдерживающегося термоядерного горения, при котором высочайшая температура
плазмы обеспечивается за счет нагрева плазмы заряженными продуктами реакции (3)
- альфа-частицами (ионами
). Для
этого, как видно из условия Лоусона, необходимо иметь время удержания энергии в
плазме не меньше 5 с. Огромное время жизни плазмы в токамаках и других
стационарных системах достигается за счет их размеров, и потому существует
некий критический   размер   реактора.   Оценки  
показывают,   что самоподдерживающаяся реакция в токамаке возможна в
том случае, ежели большой радиус плазменного тора будет 7-9 м. Соответственно,
токамак-реактор будет иметь полную тепловую мощность на уровне 1 ГВт.
Удивительно, что эта цифра приблизительно совпадает с мощностью минимального
инерционного термоядерного реактора.
     За прошедшие годы достигнут впечатляющий прогресс в
понимании физических явлений, ответственных за удержание и устойчивость плазмы
в токамаках. Разработаны действенные способы нагрева и диагностики плазмы,
позволившие изучить в сегодняшних экспериментальных токамаках те плазменные
режимы, которые будут употребляться в реакторах. Сегодняшние крупные
экспериментальные машинки - JET (Европа), JT60-U (Япония), Т-15 (Наша родина) и TFTR
(США) - были построены сначала 80 годов для исследования удержания плазмы с
термоядерными параметрами и получения критерий, при которых нагрев плазмы
сравним в полным выходом термоядерной мощности. Два токамака, TFTR и JET
использовали
консистенция и достигли
соответственно 10 и 16 МВт термоядерной мощности. В опытах с
консистенцией JET получил режимы с отношением
термоядерной мощности к мощности нагрева плазмы,
Q=0.9
,
и токамак JT60-U на модельной
Q = 1.06
. Это поколение токамаков
практически выполнило свои задачки и сделало все нужные условия
для   последующего шага - стройку установок нацеленных на
исследование зажигания,
,
и уже владеющих всеми чертами грядущего реактора.
    В текущее время ведется проектирование такового первого экспериментального
термоядерного реактора - ИТЭР [20]. Вид реактора показан на рис. 8. В
проекте участвуют Европа, Наша родина, США и Япония. Предполагается, что этот первый
термоядерный реактор токамак будет построен к 2010 г.

     Есть большие запасы горючего для термоядерной
энергетики. Дейтерий - это обширно всераспространенный в природе изотоп, который
может добываться из морской воды. Тритий будет делается в самом реакторе из
лития. Запасы дейтерия и лития достаточны для производства энергии в течении
многих тыщ лет и это горючее, как и продукт реакций синтеза - гелий - не
радиоактивны. Радиоактивность возникает в термоядерном реакторе из-за активации
материалов первой стены реактора нейтронами. Известны низкоактивирующиеся
конструкционные материалы для первой стены и остальных компонент реактора,
которые за 30-50 лет теряют свою активность до на сто процентов безопасного уровня.
Можно представить, что реактор, проработавший 30 лет и выработавший свой
ресурс, будет законсервирован на последующие 30-50 лет, а потом конструкционные
материалы будут переработаны и вновь применены в новеньком термоядерном
реакторе. Не считая дейтерий- тритиевой реакции, которая имеет высочайшее сечение при
относительно низкой температуре, и следовательно легче всего осуществима, можно
использовать и остальные реакции [21]. К примеру, реакции
не дают нейтронов и
не приводят к нейтронной активации первой стены. Но, условия Лоусона для
таких реакций наиболее твердые и потому сегоднящая термоядерная программа в
качестве первого шага нацелена на использование
консистенции.
    Невзирая на огромные успехи достигнутые в этом направлении,
термоядерным реакторам предстоит еще пройти большой путь до этого, чем будет
построен 1-ый коммерческий ядерный реактор. Развитие термоядерной
энергетики просит огромных издержек на развитие особых технологий и
материалов и на физические исследования. При сегодняшнем уровне финансирования термоядерная
энергетика не будет готова ранее, чем 2020-2040 г.
8. Заключение
    Благополучие человека, живущего в
современном индустриальном обществе, основано на большом потреблении
относительно дешевенькой энергии. Предполагается, что потребление энергии будет
расти скорее, чем растет население Земли, и по последней мере удвоится к 2050 г.
Более 86% от полной используемой населением земли энергии делается при
сжигании нужных ископаемых - угля, нефти, природного газа и др., что приводит
к ежегодным выбросам в атмосферу около 5.5 Гт углерода в форме углекислого
газа. В случае прежней структуры производства энергии выбросы вырастут к 2050
г. до 11 Гт углерода в год, что составит приметную долю от полного круговорота
углерода в биосфере.
    Даже сегодняшний уровень выбросов превосходит то, что может
быть скомпенсировано естественной системой управления биосферы. Из 5.5 Гт
углерода, выкидываемых индустрией в атмосферу, около 3.3 Гт накапливается
в ней в виде углекислого газа, который будет оставаться в ней в течении многих
сотен лет. За крайние 200 лет концентрация углекислого газа в атмосфере
увеличилась на 30%. Прогнозы предсказывают, что к 2050 г. содержание
в атмосфере удвоится по сопоставлению с
прединдустриальным уровнем.
    Скопление углекислого и остальных сопутствующих производству
энергии газов в атмосфере приводит к действенному нагреву земной поверхности за
счет усиленного поглощения теплового излучения с поверхности Земли. В настоящее
время парниковый эффект от лишнего углекислого газа дает действенный нагрев
поверхности на уровне 2.45 Вт/м
.
К 2050 г. эффект парниковых газов достигнет уровня 5-6 Вт/м
и станет сравним с теми естественными
изменениями уровня солнечного излучения, которые приводили в геологическом
прошлом к значимым климатическим изменениям. Палеоклиматические данные
указывают на то, что климат может поменяться быстро, за время сопоставимое с
жизнью 1-го поколения. Серьезность экологического положения становится все
более тривиальной для широких слоев населения и сейчас уже изготовлены 1-ые, пока
еще нерешительные шаги, направленные на понижение выбросов углекислого газа в
атмосферу  (На крайнем международном совещании в Киото, Япония [22],
удалось прийти к соглашению о понижении к 2008-2012 гг. выбросов
в атмосферу до уровня на 5% ниже уровня 1990
г.).
    То что требуется - это конструктивная перестройка нынешней
энергетической системы. У нас есть приблизительно 50 лет для того, чтоб заменить
прежнюю энергетическую систему, основанную на сжигании ископаемых
энергоресурсов, на систему, использующую остальные экологически незапятнанные и
возобновляемые источники энергии. Более возможно, что новенькая энергетическая
система будет применять комбинацию разных источников энергии: солнечную
энергию, создание биомассы, ядерные реакторы синтеза и термоядерную
энергетику, и лишь объединенные усилия людей работающих в разных областях
научных исследований в энергетике способны решить эту глобальную делему в
такой исторически маленький срок.
    В тоже время видно, что единственный кандидат для базовой
энергетики - это ядерная энергия. Ядерные электростанции, основанные на реакции
деления, уже на данный момент могут начать подменять термо электростанции, сжигающие
ископаемые энергоресурсы. И хотя ядерная энергетика, использующая реакции
деления, это тоже временное решение, она может отдать время, нужное для
разработки термоядерных реакторов синтеза. Долголетние исследования в области
управляемого термоядерного синтеза проявили, что термоядерные реакторы могут
стать тем методом производства энергии, который в дальнейшем заменит нынешнюю
базовую энергетическую систему. На данный момент уже пришло время создать активную
комплексную энергетическую програмку, основанную на широком международном
сотрудничестве для того, чтоб в течении последующих 40-50 лет заменить
существующую энергетическую систему на новейшую, основанную на экологически чистых
и возобновляемых источниках энергии, так нужную для грядущего процветания
человечества.
    Создатель выражает благодарность В.С.
Муховатову, В.А. Чуянову и М.Н. Розенблюту за энтузиазм и помощь в работе и
ценные замечания.
Intergovermental
Panel of Climate Change, Climate change 1995, ed. by J.T. Houghton et. al.
Cambridge University Press, 1995
The energy
Source Book, ed. by Ruth Howes and A. Fainberg, AIP, New York. 1991
Climate in
Earth history, Papers presented at the American Geophysical Union meeting,
Toronto, 1980, National Academy of Press, Washington DC, 1982.
US Bureau
of the Census, International Data Base. Internet address:
http://www.census.gov/ipc/www/worldpop.html
Annual
Energy Review, DOE, US. Internet address:
http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/aergs/aer2.html
EIA,
International Energy Anual 1995, Internet address:
http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/aerint.html
World Population
Prospects: The 1996 Revision, United Nations, New York, 1996, Internet address:
gopher://gopher.undp.org:70/00/ungophers/popin/wdtrends/pop1996
K.
Tomabechi, Fusion Engineering and Design, vol.24 (1994) p. 343
C.
Emiliani, Earth and Planetary Science Letters, vol.37 (1978) p. 349
G.J. KukIa,
Nature, Vol. 253 (1975)
.600
S.
Arrhenius, The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal
of Science, Vol. 41 (1896) p. 237
F. Joos,
Europhysics News, vol. 27 (1996) p.213
E. Linden,
"Warnings from the ice". Time, April 14 (1997) p. 56.
R.J.
Delmas, J-M. Ascencio, M. Legrand, Nature, vol. 284 (1980) p.l55
G.D.
Farguhar, Science, vol. 278 (1997) p. 1411
E.O.
Adamov, et. al..., Atomic Energy, vol. 82 (1997) p. 3
J. Lindl,
Physics of Plasmas, vol. 2 (1995) p. 3933
J. Glanz,
Science, vol.
Товары для аллергиков: небулайзер при аллергии. Против аллергии.
Наши филиалы: Ростов-на-Дону / Уфа / Волгоград / Пермь / Красноярск / Воронеж / Москва /