Вчені зробили прорив у ядерному синтезі: якою буде енергетика майбутнього

Європейські вчені заявили, що було здійснено прорив у сфері енергетики, коли їм вдалося розробити практичний ядерний синтез – процес, який живить зірки.

Про свій успіх оголосили вчені з британської лабораторії Joint European Torus (JET), яка спромоглася побити світовий рекорд за кількістю енергії, що виділяється при стисканні двох форм водню.

Проведені тести дали 59 мегаджоулів енергії за п’ять секунд (11 мегават потужності). Подібний результат більш ніж удвічі більший, ніж той, який був отриманий при аналогічних тестах у 1997 році.

Отримані результати насправді є не дуже великою кількістю енергії. Однак важливість експерименту полягала в тому, щоб підтвердити правильність розрахунків, розроблених для більшого термоядерного реактора ITER, що будується на півдні Франції.

– Експерименти JET на крок наблизили нас до термоядерної енергії… Ми продемонстрували, що можемо створити міні-зірку всередині нашої машини та утримувати її там протягом п’яти секунд, – сказав керівник реакторної лабораторії Джо Мілнс.

Він додав, що експеримент дав високу продуктивність, що вивело дослідників на новий щабель.

Очікується, що ці запуски стануть останнім кроком перед доказом того, що ядерний синтез є надійним джерелом енергії.

Однак навіть за найкращих умов очікувати такої енергетики слід не раніше, ніж у другій половині ХХІ сторіччя. Електростанції майбутнього, які працюватимуть на термоядерному синтезі, не вироблятимуть викиди парникових газів, а радіоактивні відходи будуть мінімальними.

– Ці експерименти, які ми щойно завершили, повинні були спрацювати… Якби вони не спрацювали, ми мали б реальні побоювання щодо того, чи зможе ITER досягти своїх цілей, – сказав генеральний директор JET професор Ян Чепмен.

Що таке термоядерний синтез?

Термоядерний синтез передбачає вивільнення енергії завдяки злиттю атомних ядер, а не шляхом їх розщеплення, як це відбувається на атомних електростанціях.

Ядро Сонця має подібний процес, однак усередині зірки це відбувається через величезний гравітаційний тиск і температуру близько 10 млн °C. Тиск на Землі набагато нижчий, і тому температура для синтезу повинна бути в рази вищою. За оцінками вчених, для аналогічної реакції необхідно понад 100 млн градусів Цельсія.

На всій планеті Земля немає подібних матеріалів, здатних витримати прямий контакт із такою температурою. Тому для досягнення результату термоядерного синтезу в лабораторії вчені розробили апарат, в якому перегрітий газ або плазма утримується всередині магнітного поля у формі пончика.

Реактор JET став піонером у дослідженні зазначеного підходу до роботи із синтезом. Протягом останніх 10 років його налаштували таким чином, щоб відтворити майбутній вид об’єкту ITER.

Сьогодні синтез неможливо проводити довше п’яти секунд, оскільки мідні електромагніти системи нагріваються занадто сильно. Однак для проекту ITER використовують надпровідні магніти із внутрішнім охолодженням.

Реакції термоядерного синтезу вимагають значно більше енергії для ініціювання, коли вони відбуваються в лабораторії, що не покриває енергію, яку можна виробити завдяки синтезу. Однак цей дефіцит у майбутньому можна буде подолати, оскільки при повномасштабних роботах реактора буде використовуватися більше плазми: обсяг ITER у 10 разів перевищуватиме місткість реактора JET.

Проте лишається багато технічних проблем. У Європі над цими проблемами працює консорціум Eurofusion, до якого входять близько 5000 наукових та інженерних експертів із ЄС, Великої Британії, Швейцарії та України.

Реактор JET, ймовірно, буде виведено з експлуатації після 2023 року, а ITER розпочне експерименти з плазмою у 2025 році або незабаром після цього.