В 1991 году ученые совершили важный прорыв, впервые добившись контролируемой выработки энергии ядерного синтеза. В 1997 году на Объединенном европейском токамаке (JET) удалось установить мировой рекорд выработки энергии в 22 мегаджоуля. Теперь, двадцать пять лет спустя, ученые побили этот мировой рекорд. Это, по их словам, является эпохальным моментом в истории энергетики ядерного синтеза.
Термоядерный синтез и тритий
JET - тип термоядерного реактора, известный как токамак. Он представляет собой камеру в форме бублика, где мощные магнитные катушки используются для ограничения круговых потоков плазмы. Эта плазма нагревается до миллионов градусов и удерживается на месте достаточно долго, чтобы атомы водорода внутри неё срослись, образуя атомы гелия. В процессе вырабатывается огромное количество энергии.
Аналогичный процесс происходит внутри Солнца, где огромные гравитационные силы и экстремальное тепло сливают дейтерий и тритий, изотопы водорода, вместе, генерируя энергию. Но тритий - относительно редкий и труднодоступные материал на Земле, поэтому в рядовых экспериментах ученые обычно используют простой водород или более доступный дейтерий.
Теперь они использовали тритий, поскольку этот случай - особенный. Речь идет о подготовке к экспериментам на новом реакторе ИТЭР. «Мы можем очень хорошо исследовать физику в плазмах слияния, работая с водородом или дейтерием, поэтому это стандарт во всем мире. Однако для перехода к международному, масштабному, цельному эксперименту на ИТЭР важно, чтобы мы подготовились», - поясняет доктор Атина Каппату из Института физики плазмы Макса Планка.
ИТЭР, или Международный термоядерный экспериментальный реактор, - токамак высотой с семиэтажный дом, который строится на юге Франции. После завершения строительства в 2025 году он станет крупнейшей в мире установкой ядерного синтеза. ИТЭР будет использовать смесь дейтерия и трития 50:50 и производить 500 МВт энергии, потребляя всего 50 МВт для первоначального нагрева плазмы. Таким образом, выход энергии должен в десять раз превысить потребление.
Рекордная выработка
В ходе подготовки к этим экспериментам инженеры JET заменили внутреннюю углеродистую облицовку плазменной камеры сочетанием бериллия и вольфрама. Эти же материалы будут покрывать стенки в ИТЭР. Эта модификация, наряду с тщательным предварительным моделированием, позволила ученым производить стабильную плазму из дейтерий-тритиевого топлива. Реакция вырабатывала 59 мегаджоулей энергии в течение пяти секунд, что более чем в два раза превышает предыдущий рекорд.
«Эти знаковые результаты сделали нас на огромный шаг ближе к покорению одной из крупнейших научных и инженерных задач. Это награда за более чем 20 лет исследований и экспериментов с нашими партнерами из всей Европы», - говорит Ян Чапман, генеральный директор Управления по атомной энергии Великобритании.
Стоит отметить, что 59 мегаджоулей - не так уж много. Этого хватит лишь на то, чтобы вскипятить 60 чайников воды. Но не стоит упускать из виду, что речь идет о выработке за 5 секунд.
«Если мы можем поддерживать синтез в течение пяти секунд, мы можем делать это в течение пяти минут, а затем в течение пяти часов, когда мы расширим наши операции в будущих машинах», - говорит Тони Донне, менеджер программы EUROfusion.
В 2025 году, когда будет достроен ИТЭР, эксперименты пойдут намного быстрее. Стоит ожидать, что в ближайшие десять-пятнадцать лет термоядерный синтез наконец станет эффективной технологией, которая обеспечит человечество едва ли не бесконечной и по-настоящему чистой и безопасной энергией.
