У світі вже почалася справжня гонитва за можливістю створити перший термоядерний реактор, який буде виробляти «надлишки» енергії.
Експлуатація електростанцій майбутнього, заснованих на термоядерному синтезі, не призводитиме до викидів парникових газів і створюватиме лише дуже малу кількість короткоживучих радіоактивних відходів.
Термоядерний синтез базується на принципі, що енергію можна вивільнити шляхом злиття атомних ядер, а не шляхом їхнього розщеплення, як у випадку реакцій поділу, завдяки яким працюють наявні атомні електростанції.
В ядрі Сонця це відбувається завдяки величезному гравітаційному тиску за температур близько 10 мільйонів градусів Цельсія. За набагато нижчого тиску, який можливий на Землі, температури для синтезу повинні бути набагато вищими – понад 100 мільйонів градусів Цельсія.
Реактор Joint European Torus (JET), розташований в Калхемі в Оксфордширі, став піонером у розробці цього підходу до синтезу, якою займається вже майже 40 років. І протягом останніх 10 років його налаштували таким чином, щоб відтворити майбутній вигляд об’єкту ITER.
“Паливом”,\ для виготовлення плазми, буде суміш двох форм ізотопів водню – дейтерію і тритію.
Британська лабораторія JET побила власний світовий рекорд щодо кількості енергії, яку вдалося отримати, стискаючи разом дві форми водню. Експерименти дали 59 мегаджоулів енергії за п’ять секунд (11 мегаватів потужності).
У Європі над цими проблемами працює консорціум Eurofusion, до якого входять близько 5000 наукових та інженерних експертів з ЄС, Швейцарії та України. Велика Британія також бере участь у проєкті. Реактор JET, ймовірно, виведуть з експлуатації після 2023 року, а ITER розпочне експерименти з плазмою в 2025 році або незабаром після цього.
Основою проєкту міжнародного термоядерного реактора ITER стане спеціальна колоподібна конструкція токамак. Токамак включає 300 тонн надпровідних магнітів, герметичний кріостат і вакуумну камеру, які зможуть підтримувати процес термоядерного синтезу і вільний плин плазми всередині них. Проблема в тому, що проєкту ITER вже більше ніж 35 років: спочатку його представили в 1985-му, але через низку технічних труднощів терміни постійно переносили, а бюджет — збільшували.
Дослідницький центр KSTAR у Корейському інституті термоядерної енергії ( KFE) оголосив, що інженерам вдалося досягти безперервної термоядерної роботи протягом 20 секунд. Не 100 млн градусів, що є однією з основних умов ядерного синтезу, зазначили у KSTAR.
Дослідники, що працюють на китайському токамаку EAST, оголосили, що група змогла утримувати плазму з температурою близько 70 млн. градусів Цельсія протягом 1056 секунд. Це досягнення стало новим рекордом з утримання перегрітої плазми.
Фізики Національного центру запалювання Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса в США сповістили, що вперше в реакції термоядерного синтезу було досягнуто рекордного виходу енергії в 1,3 мегаджоуля: цей показник вперше перевищив енергію палива для запуску реакції.
Згідно з новим дослідженням МТІ, робочий термоядерний реактор у США може з’явитися вже через кілька років.
МТІ пропонують свій варіант аналогічного реактора SPARC, — дослідники запевняють, що їхня установка буде готова до 2025-го.
Що пропонують у МТІ? Проєкт цього реактора презентували в 2018-му, і головною його перевагою над ITER має стати використання спеціальних магнітів, які призначені для утримання плазми.
Вчені заявляють, що ці «високотемпературні надпровідні магніти» стали доступними тільки в останні три-п’ять років, і вони дозволять створити потужніші магнітні поля, в порівнянні з ITER. Автори розробки запевняють, що SPARC зможе генерувати магнітне поле потужністю 21 Тесла, тоді як «стеля» ITER становитиме приблизно 12 Тесла.
За рахунок цього розробники з МТІ планують зробити свій реактор у 60−70 разів меншим, ніж ITER, що натомість дозволить заощадити кошти під час його спорудження.
Творці проєкту SPARC кажуть, що цей реактор зможе генерувати як мінімум вдвічі більше енергії, ніж споживати. Процес створення електрики в ньому відбувається як на звичайних АЕС: тепло від реактора створює пар, який рухає турбіни й електрогенератор.
Вчені з уряду США заявили, що зробили важливий крок на довгому шляху до того, щоби ядерний синтез — саме той процес, який живить зірки — став життєздатним джерелом енергії для людства. Використовуючи найбільший у світі лазер, дослідники вперше примусили термоядерне паливо нагріти себе до більшої температури, ніж воно було піддане, досягнувши явища, що має назву палаюча плазма. Зазначається, що йдеться про ймовірність у майбутньому досягнення самопідтримуючої термоядерної енергії.
