Термоядерна гонка. Вчені з США обіцяють створити реактор нового типу вже у 2025 році
Наукпоп2 жовтня 2020, 12:43
В кінці липня 2020-го на півдні Франції стартувала збірка міжнародного проєкту термоядерного реактора ITER, розробниками якого виступили вчені та інженери з країн ЄС, Росії, Китаю, Індії, Японії, Кореї і США.
Вартість цього проєкту становить близько $20 млрд, і його автори припускають, що термоядерний реактор дозволить вирішити проблему виробництва величезної кількості дешевої електроенергії, яка не буде шкодити довкіллю.
Деякі вчені сумніваються в тому, що ITER зможе стати ефективним термоядерним реактором і взагалі виробляти електрику. Тим паче, що запланований термін початку експлуатації реактора — 2025 рік.
Днями до критиків ITER приєдналися вчені з Массачусетського технологічного інституту (МТІ), які заявили, що ITER не зможе генерувати термоядерну реакцію до 2035-го.
Натомість у МТІ пропонують свій варіант аналогічного реактора SPARC, — дослідники запевняють, що їхня установка буде готова якраз до 2025-го.
Розповідаємо, чим ITER відрізняється від SPAR і чому різні країни борються за першість у створенні робочого термоядерного реактора.
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Що таке термоядерний реактор?
Як уже писав НВ, основна відмінність ядерної реакції від термоядерної полягає в тому, що в першому важкі ядра розпадаються на легкі за рахунок їх бомбардування нейтронами, а в другому легкі ядра, навпаки, об'єднуються в важкі за рахунок їх нагрівання до надзвичайно високих температур.
Обидва ці процеси призводять до вивільнення великої кількості енергії, але у випадку з ядерним реактором розпад може викликати ланцюгову реакцію, що підвищує небезпеку такої системи.
Термоядерний синтез вважають безпечнішим, оскільки основний паливний елемент там — електрично заряджений газ або плазма — утримується сильним магнітним полем, не торкаючись будь-яких частин конструкції.
Головна проблема полягає в підтримці термоядерної реакції тривалий час: при найменшому порушенні процесу синтезу плазму потрібно буде нагрівати заново, витрачаючи на це величезну кількість енергії. Тому деякі дослідники вважають, що такі реактори споживатимуть більше енергії, ніж виробляти.
Що хочуть зробити в ITER?
Основою проєкту міжнародного термоядерного реактора ITER стане спеціальна колоподібна конструкція токамак.
За допомогою магнітних полів токамак повинен буде утримувати хмару плазми або іонізованого газу при температурах близько 100 млн градусів Цельсія. Це в кілька разів вище, ніж температура на поверхні Сонця.
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.
Що пропонують у МТІ?
Новий проєкт SPARC вчених з США буде менш грандіозним, але його розробники припускають, що він запрацює набагато раніше, ніж ITER.
SPARC розшифровується як «найраніший/невеликий, доступний, надійний і компактний реактор, фінансований приватними інвесторами» (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact).
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.
Такий реактор має стати набагато ефективнішим і безпечнішим, ніж будь-які інші види створення електроенергії, зокрема ТЕС, АЕС і всі можливі альтернативні джерела.
Хто ще готує термоядерний реактор?
Наприкінці 2019-го китайські вчені оголосили про плани запустити в 2020 році свою тороїдальну установку — токамак HL-2M — з магнітними котушками для утримання плазми.
Розробка експериментального реактора входить у міжнародний проєкт ITER, і один з її керівників фізик Дуань Сюру казав, що будівництво йде гладко і що пристрій має бути введено в експлуатацію цьогоріч.
Головне завдання китайського токамака — досягти іонної температури більше ніж 100 млн градусів за Цельсієм для імітації природних процесів ядерного синтезу на Сонце. Якщо все піде за планом — температура в реакторі буде в сім разів вища, ніж максимальна температура на Сонці.
«HL-2M надасть дослідникам цінні дані про сумісність високопродуктивної термоядерної плазми для ефективнішої обробки тепла і часток, що виділяються з ядра пристрою. Це одна з найбільших проблем, що стоять перед розробкою комерційного термоядерного реактора. І результати HL-2M впливатимуть на конструкцію майбутніх реакторів», — пояснював експерт з термоядерного синтезу Джеймс Гаррісон.