Прорыв в ядерном синтезе: что это значит для будущего энергетики - «Новости Электроники»

Европейские ученые объявили о значительном прорыве на пути создания коммерческого термоядерного реактора, энергия в котором вырабатывается в результате таких же процессов, которые происходят внутри звезд.

Британская лаборатория JET побила собственный мировой рекорд по количеству энергии, которую смогли выделить, соединяя вместе две формы водорода.

В ходе эксперимента удалось получить 59 мегаджоулей энергии за пять секунд (11 мегаватт мощности). Это более чем в два раза больше, чем удалось достичь во время аналогичных тестов в 1997 году.

Это не слишком большое количество энергии (его достаточно лишь для кипячения примерно 60 чайников воды), но важность этого достижения состоит в том, что оно подтвердило правильность проекта, разработанного для большего термоядерного реактора, который сейчас строят во Франции.

Объект ITER, расположенный на юге Франции, поддерживается целым консорциумом мировых правительств, включая страны-члены ЕС, США, Китай и Россию. Ожидается, что это станет последним шагом в подтверждении того факта, что ядерный синтез может стать надежным источником энергии во второй половине этого столетия.

Эксплуатация электростанций будущего, основанных на термоядерном синтезе, не будет приводить к выбросам парниковых газов и создавать лишь мизерное количество короткоживущих радиоактивных отходов.

Термоядерный синтез основан на принципе высвобождения энергии путем слияния атомных ядер, а не путем их расщепления, как в случае реакций деления, благодаря которым работают атомные электростанции. В ядре Солнца это происходит благодаря огромному гравитационному давлению при температуре около 10 миллионов градусов Цельсия. При гораздо более низком давлении, возможном на Земле, температуры для синтеза должны быть гораздо выше - более 100 миллионов градусов Цельсия.

Нет материалов, которые могли бы выдержать прямой контакт с таким теплом. Следовательно, для достижения термоядерного синтеза в лаборатории ученые разработали систему, в которой перегретый газ или плазма удерживается внутри магнитного поля в форме пончика.

Реактор Joint European Torus (JET), расположенный в Калхеме в Оксфордшире, стал пионером в разработке этого подхода к синтезу, которым занимается почти 40 лет. И в последние 10 лет его настроили таким образом, чтобы воспроизвести будущий вид объекта ITER.

Стены реактора JET изготовили из бериллия и титана. «Топливом», которое избрала французская лаборатория для изготовления плазмы, будет смесь двух форм изотопов водорода – дейтерия и трития. JET должен был опробовать материал, из которого будут сделаны внутренние стенки реактора объемом 80 кубических метров, в котором содержится магнитное поле, которое было бы эффективно для работы с этими изотопами.

Во время экспериментов в 1997 году JET использовал углерод, но углерод поглощает тритий, который является радиоактивным. Поэтому для последних испытаний новые стенки реактора изготовили из металлов бериллия и титана. Они впитывают в 10 раз меньше. Затем научной команде JET пришлось настроить свою плазму для эффективной работы в этой новой среде.

«Это потрясающий результат, потому что им удалось получить наибольшее количество энергии, выделившейся в результате термоядерных реакций из всех устройств, запущенных в истории, - прокомментировал доктор Артур Террелл, автор книги «Строители звезд: ядерный синтез и энергетическая гонка планеты» (The Star Builders: Nuclear Fusion And The Race To Power The Planet). «Это знаковый момент, ведь они продемонстрировали стабильность плазмы в течение пяти секунд. Это звучит не очень долго, но в ядерном масштабе это действительно очень, очень долгое время. И тогда очень легко перейти от пяти секунд к пяти минутам, или пяти часам, или даже дольше».

Реактор JET не сможет работать подольше, потому что его медные электромагниты нагреваются слишком сильно. Однако для проекта ITER используют сверхпроводящие магниты с внутренним охлаждением.

Реакции синтеза в лаборатории, как известно, потребляют больше энергии для инициирования, чем они могут выработать. В случае JET для проведения экспериментов используют два маховика мощностью 500 мегаватт.

Но теперь есть доказательства того, что этот дефицит в будущем можно будет преодолеть, поскольку будет использоваться больше плазмы. Объем тороидальной емкости ITER будет в 10 раз больше JET. Ожидается, что французская лаборатория выйдет на безубыточность. Появившиеся после этого коммерческие электростанции должны давать энергию, которую можно будет передать в электрические сети.

Это долгосрочный проект, и примечательно, что примерно четверть из 300 ученых, работающих в JET, только начинают свою карьеру. Именно им придется передать исследовательскую эстафету.

Однако остается много технических проблем. В Европе над этими проблемами работает консорциум Eurofusion, в который входят около 5000 научных и инженерных экспертов из ЕС, Швейцарии и Украины. Великобритания также участвует в проекте.

Реактор JET, вероятно, будет выведен из эксплуатации после 2023 года, а ITER начнет эксперименты с плазмой в 2025 году или вскоре после этого.

Источник: bbc.com