Термоядерная гонка. Ученые из США обещают создать реактор нового типа уже в 2025 году
Научпоп2 октября 2020, 12:43
В конце июля 2020-го на юге Франции стартовала сборка международного проекта термоядерного реактора ITER, разработчиками которого выступили ученые и инженеры из стран ЕС, России, Китая, Индии, Японии, Кореи и США.
Стоимость этого проекта составляет около $20 млрд, и его авторы предполагают, что термоядерный реактор позволит решить проблему производства огромного количества дешевой электроэнергии, которая не будет вредить окружающей среде.
Некоторые ученые сомневаются в том, что ITER сможет стать эффективным термоядерным реактором и вообще производить электричество. Тем более, что запланированный срок начала эксплуатации реактора — 2025 год.
На днях к критикам ITER присоединились ученые из Массачусетского технологического института (МТИ), которые заявили, что ITER не сможет генерировать термоядерную реакцию до 2035-го.
Взамен в МТИ предлагают свой вариант аналогичного реактора SPARC, — исследователи уверяют, что их установка будет готова как раз к 2025-му.
Рассказываем, чем ITER отличается от SPAR и почему разные страны борются за первенство в создании рабочего термоядерного реактора.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Что такое термоядерный реактор?
Как уже писал НВ, ключевое отличие ядерной реакции от термоядерной состоит в том, что в первом тяжелые ядра распадаются на легкие за счет их бомбардировки нейтронами, а во втором легкие ядра, наоборот, объединяются в тяжелые за счет их нагревания до чрезвычайно высоких температур.
Оба этих процесса приводят к высвобождению огромного количества энергии, но в случае с ядерным реактором распад может вызвать цепную реакцию, что повышает опасность такой системы.
Термоядерный синтез считают более безопасным, поскольку основной топливный элемент там — электрически заряженный газ или плазма — удерживается сильным магнитным полем, не касаясь каких-либо частей конструкции.
Главная проблема заключается в поддержании термоядерной реакции длительное время: при малейшем нарушении процесса синтеза плазму нужно будет нагревать заново, тратя на это огромное количество энергии. Поэтому некоторые исследователи считают, что такие реакторы будут потреблять больше энергии, чем производить.
Что хотят сделать в ITER?
Основой проекта международного термоядерного реактора ITER станет специальная кругообразная конструкция токамак.
С помощью магнитных полей токамак должен будет удерживать облако плазмы или ионизированного газа при температурах около 100 млн градусов Цельсия. Это в несколько раз выше, чем температура на поверхности Солнца.
Токамак включает 300 тонн сверхпроводящих магнитов, герметичный криостат и вакуумную камеру, которые смогут поддерживать процесс термоядерного синтеза и свободное течение плазмы внутри них.
Проблема в том, что проекту ITER уже более 35 лет: изначально его представили в 1985-м, но из-за ряда технических трудностей сроки постоянно переносили, а бюджет — увеличивали.
Что предлагают в МТИ?
Новый проект SPARC ученых из США будет менее грандиозным, но его разработчики предполагают, что он заработает гораздо раньше, чем ITER.
SPARC расшифровывается как «самый ранний/небольшой, доступный, надежный и компактный реактор, финансируемый частными инвесторами» (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact).
Проект этого реактора представили в 2018-м, и главным его преимуществом над ITER должно стать использование специальных магнитов, которые предназначены для удержания плазмы.
Ученые заявляют, что эти «высокотемпературные сверхпроводящие магниты» стали доступными только в последние три-пять лет, и они позволят создать более мощные магнитные поля, в сравнении с ITER. Авторы разработки уверяют, что SPARC сможет генерировать магнитное поле мощностью 21 Тесла, в то время как «потолок» ITER составит около 12 Тесла.
За счет этого разработчики из МТИ планируют сделать свой реактор в 60−70 раз меньше, чем ITER, что, в свою очередь, позволит сэкономить средства при его сооружении.
Создатели проекта SPARC говорят, что этот реактор сможет генерировать как минимум в два раза больше энергии, чем потреблять. Процесс создания электричества в нем происходит как на обычных АЭС: тепло от реактора создает пар, который движет турбины и электрогенератор.
Такой реактор должен стать гораздо эффективнее и безопаснее, чем любые другие виды создания электроэнергии, включая ТЭС, АЭС и все возможные альтернативные источники.
Кто еще готовит термоядерный реактор?
В конце 2019-го китайские ученые объявили о планах запустить в 2020 году свою тороидальную установку — токамак HL-2M — с магнитными катушками для удержания плазмы.
Разработка экспериментального реактора входит в международный проект ITER, и один из ее руководителей физик Дуань Сюру говорил, что строительство идет гладко и что устройство должно быть введено в эксплуатацию в текущем году.
Главная задача китайского токамака — достичь ионной температуры более 100 млн градусов по Цельсию для имитации природных процессов ядерного синтеза на Солнце. Если все пойдет по плану — температура в реакторе будет в семь раз выше, чем максимальная температура на Солнце.
«HL-2M предоставит исследователям ценные данные о совместимости высокопроизводительной термоядерной плазмы для более эффективной обработки тепла и частиц, выделяющихся из ядра устройства. Это одна из самых больших проблем, стоящих перед разработкой коммерческого термоядерного реактора. И результаты HL-2M будут влиять на конструкцию будущих реакторов», — объяснял эксперт по термоядерному синтезу Джеймс Харрисон.