Ученые совершили прорыв в ядерном синтезе: какой будет энергетика будущего

Европейские ученые заявили, что был совершен прорыв в сфере энергетики, когда им удалось разработать практический ядерный синтез — процесс, которые питает звезды.

О своем успехе объявили ученые из британской лаборатории Joint European Torus (JET), которая смогла побить мировой рекорд по количеству энергии, что выделяется при сжатии двух форм водорода.

Проведенные тесты дали 59 мегаджоулей энергии за пять секунд (11 мегаватт мощности). Подобный результат более чем в два раза больше, чем тот, который был получен при аналогичных тестах в 1997 году.

Полученные результаты, на самом деле, не слишком большое количество энергии. Однако важность эксперимента состояла в том, чтобы подтвердить правильность расчетов, которые были разработаны для большего термоядерного реактора ITER, строящегося на юге Франции.

— Эксперименты JET на шаг приблизили нас к термоядерной энергии… Мы продемонстрировали, что можем создать мини-звезду внутри нашей машины и удерживать ее там в течение пяти секунд, — сказал руководитель реакторной лаборатории Джо Милнс.

Он добавил, что эксперимент дал высокую производительность, что вывело исследователей на новую ступень.

Ожидается, что указанные запуски станут последним шагом перед доказательством того, что ядерный синтез является надежным источником энергии.

Однако даже при наилучших условиях, ожидать такой энергетики следует не раньше, чем во второй половине XXI столетия. Э/Электростанции будущего, которые будут работать на термоядерном синтезе, не будут производить выбросы парниковых газов, а радиоактивные отходы будут минимальными.

— Эти эксперименты, которые мы только что завершили, должны были сработать… Если бы они не сработали, мы бы имели реальные опасения относительно того, сможет ли ITER достичь своих целей, — сказал генеральный директор JET профессор Ян Чепмен.

Что такое термоядерны синтез?

Термоядерный синтез предполагает высвобождение энергии благодаря слиянию атомных ядер, а не путем их расщепления, как это происходит на атомных электростанциях.

Ядро Солнца имеет подобный процесс, однако внутри звезды это происходит из-за огромного гравитационного давления и температуре около 10 млн °C. Однако давление на Земле гораздо ниже, и потому температура для синтеза должны быть в разы выше. По оценкам ученых, для аналогичной реакции необходимо более 100 млн градусов Цельсия.

На всей планете Земля нет подобных материалов, способных выдержать прямой контакт с такой температурой. Потому для достижения результата термоядерного синтеза, в лаборатории ученые разработали аппарат, в котором перегретый газ или плазма удерживается внутри магнитного поля в форме пончика.

Реактор JET стал пионером в исследовании указанного подхода к работе с синтезом. На протяжении последних 10 лет его настроили таким образом, чтобы воспроизвести будущий вид объекта ITER.

На сегодня синтез невозможно проводить дольше пяти секунд, так как медные электромагниты системы нагреваются слишком сильно. Однако для проекта ITER используют сверхпроводящие магниты с внутренним охлаждением.

Реакции термоядерного синтеза требуют куда больше энергии для инициирования, когда они происходят в лаборатории, что не покрывает ту энергию, которую можно выработать благодаря синтезу.  Однако этот дефицит в будущем можно будет преодолеть, поскольку при полномасштабных работах реактора будет использоваться больше плазмы: объем емкости ITER будет в 10 раз превышать вместимость реактора JET.

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.

Фото: IAEA — International Atomic Energy Agency