Космос в лаборатории. Ученые впервые испытают термоядерный реактор — объясняем, как это может изменить нашу энергетику навсегда

Основное различие между JET и ITER заключается в масштабах. И если основной задачей второго является изучение возможности добывать термоядерную энергию, то первый используется как ступенька к этому — главной задачей JET является исследование способа проведения управляемой термоядерной реакции.

В июне экспериментальная установка начнет синтезировать изотопы водорода — тритий и дейтерий. Эту топливную смесь ITER будет нагревать до температур около 150 млн градусов Цельсия. Для сравнения — температура ядра Солнца приблизительно в 10 раз меньше.

Под таким воздействием газ превращается в плазму — чтобы контролировать настолько раскаленное вещество, ученые пропустили через нее ток, а вокруг нее поддерживают магнитное поле, которое не дает плазме вырваться наружу. Установка, в которой происходит эта реакция, называется токамак — это вакуумная камера с магнитными катушками.

Подобный реактор планируют использовать ученые в рамках проекта ITER, чтобы в результате реакции термоядерного синтеза получить больше энергии, чем требуется для работы реактора. Эти «излишки» и являются целью ученых, объясняет Nature, ведь пока что лучшим результатом JET было получение 67% от затраченной на реакцию энергии.

Почему летний эксперимент так важен?

Эксперимент станет кульминационным событием для всех причастных к ITER и JET. Он поможет ученым предсказать, как будет вести себя плазма в токамаке, чтобы определить рабочие параметры. Сам ITER начнет работу с реакциями маломощного водорода в 2025 году. Но уже с 2035 года он будет работать на смеси дейтерия и трития в соотношении 50:50 — именно на этот год запланирован полноценный запуск реактора.

Работа с тритием невероятно сложна, ведь он быстро распадается и практически не встречается в природе — считается, что в мире есть всего 20 килограммов материала. В рамках летнего эксперимента будет использовано 60 г изотопов.

Топливо, содержащее долю грамма трития, будет подаваться в токамак 3−14 раз в день: «Каждый из этих разрядов будет отдельным экспериментом и будет генерировать от 3 до 10 секунд полезных данных. Нам нужна физическая информация, которую мы можем использовать для подтверждения нашего понимания, а затем мы можем применить ее для подготовки будущей машины», — объясняет Жоэль Майю, одна из руководителей проекта JET.

В некоторых экспериментах будет использоваться только тритий; другие будут объединять дейтерий и тритий в равных пропорциях. Таким образом исследователи хотят изучить, как количество этого материала влияет на поведение плазмы в реакторе.

Наконец, молодые ученые, которые занимаются термоядерным синтезом, никогда не работали с тритием, что еще больше повышает важность эксперимента ввиду его уникальности.

Термоядерная энергия — это безопасно?

В теории — да. На самом деле, именно безопасность является одним из ключевых преимуществ термоядерных реакторов. Новый Чернобыль невозможен в условиях термоядерной реакции, ведь в случае проблем плазма мгновенно затухает и остывает.

Конструкция токамаков частично управляется ИИ, который может отслеживать любые проблемы. Более того, радиоактивных веществ в термоядерном реакторе относительно немного, а энергии, которая может выделиться из-за аварии, не хватит, чтобы разрушить всю конструкцию. Также в них есть сразу несколько барьеров для радиации, а сами вещества распадаются от полутора до десяти лет, которые кажутся секундой в сравнении с тысячами и даже миллионами лет, которые необходимы для распада отдельных компонентов ядерного топлива.

Согласно предварительным заключениям, даже в случае аварии на реакторе радиоактивные выбросы не будут представлять опасности для населения и не вызовут необходимости эвакуации.

Сейчас главная проблема термоядерных реакторов — это не безопасность, а их полезность. Ведь пока что ученые не научились получать достаточное количество энергии, чтобы «отбить» затраченное на реакцию.

Здесь на помощь уже подключают машинное обучение, ведь для стабильной работы токамаков ученым нужен хороший инструмент прогнозирования. Это повышает эффективность эксплуатации и защищает реактор от серьезных повреждений.

Если все пойдет по плану ученых, то уже через несколько десятилетий у нас может быть столько энергии, что мы сможем забыть о подобных кризисах надолго. Особенно учитывая, как активно сейчас развивается альтернативная энергетика.