«Алхимики» термоядерного синтеза из Marathon Fusion обещают ежегодно добывать тонны золота... из ртути

Мечты алхимиков о превращении простых металлов в золото веками считались совершенно неосуществимой фантастикой. Но современная физика доказала: превращение элементов — это не волшебство, а фундаментальная реальность ядерных процессов. В гигантских ускорителях вроде Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРНе (Женева) ученые сталкивают субатомные частицы с колоссальной энергией. И тогда ядра одних элементов, действительно, превращаются в другие. И порой в таких столкновениях рождаются атомы золота.

Алхимия термояда

Однако существует одно очень огромное но: уж очень дорого обходится такое алхимическое золотишко. Да и крайне долго производится. Эксперимент ALICE на БАК за четыре года кропотливой работы произвел лишь 29 пикограммов золота. Это количество настолько ничтожно мало, что его не в любой микроскоп можно разглядеть.



Чтобы получить всего одну тройскую унцию (около 31 грамма) золота такими методами, потребовалось бы времени в сотни раз больше, чем существует вся наша Вселенная. Очевидно, что этот путь ведет в никуда с практической точки зрения.

Но что, если использовать не рукотворные ускорители, а нечто гораздо более мощное и потенциально энергетически выгодное? Именно эту идею предлагает калифорнийский стартап Marathon Fusion. Их смелая концепция заключается в том, чтобы использовать силу, таящуюся в сердце будущей энергетики, в термоядерном реакторе. Данный агрегат годится не только для производства чистой энергии, но и для… изготовления самого популярного драгоценного металла.

Механизм чуда

Как работает инновационная технология? В основе ее — нейтроны. В термоядерном реакторе, где сливаются ядра изотопов водорода (дейтерия и трития) рождается огромный поток высокоэнергетических нейтронов. И они — не просто побочный продукт, нейтроны несут основную часть энергии реакции и представляют собой мощнейший инструмент трансмутации.



Marathon Fusion предлагает направить этот нейтронный «шторм» на мишень из ртути. Если быть уж совсем точным, то на ее изотоп ртуть-198 (Hg-198). При бомбардировке нейтронами с энергией более 6 миллионов электрон-вольт происходит захват нейтрона ядром Hg-198. Ядро поглощает нейтрон, но становится нестабильным.

И вот тут начинается настоящая научная магия. В теории после этого должна получиться Hg-199, но нет. Ядро Hg-198, захватив нейтрон, становится возбужденным и почти мгновенно испускает другую частицу — протон. Этот процесс называется нейтронно-протонной конверсией.

В результате ядро теряет один протон, но сохраняет общее количество нуклонов (протонов+нейтронов). Ртуть (атомный номер 80) превращается в… золото-197 (Au-197), атомный номер которого 79! Золото-197 — это как раз тот самый стабильный, нерадиоактивный изотоп, из которого состоит почти все природное золото.

Идея, на первый взгляд, кажется весьма элегантной: использовать неисчерпаемую энергию термоядерного синтеза и его побочный нейтронный поток для трансмутации дешевой ртути в драгоценное золото. По расчетам Marathon Fusion, основанным на сложных компьютерных симуляциях («цифровых двойниках»), выработав всего один гигаватт тепловой мощности за год, термоядерная станция могла бы добавочно произвести несколько тонн золота. Это же не микроскопические пикограммы, это уже вполне промышленные масштабы.

Мечты и реальность

Неужели научная фантастика стала реальностью? Пока спешить не стоит. Эксперты говорят, что путь от красивой компьютерной модели к работающей золото-производящей термоядерной станции невероятно сложен.



Главная проблема этого проекта заключается в том, что на сегодняшний момент нет ни одного коммерческого термоядерного реактора. Ученым еще предстоит решить множество невероятно сложных задач. Нужны материалы, способные десятилетиями выдерживать чудовищный нейтронный поток и высокие температуры внутри реактора.

Кроме того, необходимо добиться устойчивой и непрерывной термоядерной реакции, производящей больше энергии, чем затрачивается на ее запуск и поддержание. Пока что это удавалось лишь на доли секунды, причем выход энергии очень и очень невелик.

Также пока нет системы управления плазмой. Искусственный интеллект для контроля невероятно сложных процессов тоже никто не обучал.

В конце концов, надо еще уменьшить размеры и стоимость установок. Проекты вроде британского Spherical Tokomak for Energy Production (STEP), прототип которого планируется к 2040 году, как раз направлены на это, но сроки реализации пока отдаленные.

Вторая огромная проблема — совершенно непонятно, как технология будет работать в реальности. Одно дело — компьютерное моделирование и совсем другое — работа на настоящем промышленном термояде. В сложнейшей физике плазмы, нейтронного транспорта и ядерных превращений легко упустить критически важные эффекты. Малейшая ошибка может радикально снизить ожидаемый выход золота или сделать процесс опасным для десятков тысяч людей.

Третья проблема — золото из термоядерного реактора будет радиоактивным. Почему? Потому что оно образуется в эпицентре мощнейшего нейтронного излучения. Атомы золота, только что рожденные в процессе трансмутации, могут быть активированы, то есть превращены в радиоактивные изотопы (например, Au-198 с периодом полураспада 2,7 дня) тем же самым нейтронным потоком.

Это означает, что свежепроизведенное золото будет классифицироваться как радиоактивные отходы! Его нельзя будет просто взять и отчеканить в монеты. Потребуется длительный период выдержки (возможно, годы) в специальных хранилищах, пока короткоживущие изотопы не распадутся до безопасного уровня, и только потом — сложная и дорогая процедура очистки до чистого Au-197. Это добавляет огромные временные и финансовые издержки.

Ну, и, конечно, никто не отменял вопрос банальной рентабельности. Сможет ли «искусственное» золото, полученное с такими колоссальными затратами на строительство и эксплуатацию термоядерной станции (плюс расходы на «очистку» от радиоактивности), конкурировать с золотом, добытым из земли?

Цена на золото высока, но затраты на термоядерную энергетику прогнозируются тоже астрономическими. Будет ли прибыль? Это огромный вопрос для инвесторов. Так что термоядерное Эльдорадо может и не состояться.