Будущий термоядерный реактор получит новые магниты

Термоядерный реактор уже десятки лет является Святым Граалем все ученых, занимающихся данной тематикой. Но теперь, возможно, появился шанс его создать.

Почему ученым до сих пор не удалось воспроизвести естественный процесс, приводящий в действие звезды в нашей Вселенной? Оказывается, условия, необходимые для ядерного синтеза, представляют для нас, землян, непростую задачу. Здесь необходимы пояснения. Когда два атома водорода сталкиваются друг с другом, они образуют атом гелия. Причем новый атом имеет меньшую массу, чем сумма его частей. Оставшаяся масса преобразуется в энергию по формуле E = MC 2 .

Это описание звучит немного упрощенно, поскольку атомы водорода не сливаются друг с другом напрямую, а скорее в многоступенчатой реакции. В любом случае, ядерный синтез производит чистую энергию только при экстремальных температурах – порядка сотен миллионов градусов по Цельсию. Он горячее, чем ядро Солнца, и слишком горячий, чтобы выдержал какой-либо известный на Земле материал.

Ученые используют мощные магнитные поля, чтобы удерживать горячую плазму и не допускать ее контакта со стенками ядерного реактора. Данный процесс потребляет безумное количество энергии. Звезды легко справляются с этой задачей, потому что имеют чудовщиную массу и такие же гравитационные поля. Например, масса Солнца в 333 тыс раз больше массы Земли, а гравитация примерно в 27,9 раза больше земной.

К сожалению, до сих пор все эксперименты по термоядерному синтезу были отрицательными, поскольку потребляли больше энергии, чем производили. Это делало процесс бесполезным в качестве способа производства электроэнергии. Получить начальную реакцию термоядерного синтеза – не проблема. Но вот поддержание ее в рабочем состоянии – пока неосуществимая задача.

Однако теперь ученые уверены, что они готовы создать термоядерный реактор, который будет производить больше энергии, чем потребляет. Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) в Сен-Поль-ле-Дюранс, Франция, является крупнейшим в мире. Его создание финансируется шестью странами: США, Россией, Китаем, Японией, Южной Кореей и Индией. ИТЭР планирует построить крупнейший в мире токамак – клетку в форме пончика, которая будет производить термоядерную энергию. Устройство будет стоить примерно 24 млрд долларов, срок его запуска – 2035 год. Самая большая термоядерная установка из когда-либо построенных будет весить впечатляющие 23 тыс тонн.

В чем же преимущество ИТЭР? Его создатели разработали новый сверхпроводящий материал – по сути, стальную ленту, покрытую оксидом иттрия-бария-меди, или YBCO. Это позволяет им создавать более компактные и более мощные магниты, тем самым снижая энергию, необходимую для запуска реакции.

Согласно Fusion for Energy – совместному предприятию ЕС для ИТЭР – 18 ниобий-оловянных сверхпроводящих магнитов, также известных как катушки тороидального поля, будут использоваться для удержания плазмы с температурой 150 млн градусов Цельсия. Мощные магниты будут генерировать магнитное поле, равное 11,8 Тесла. Это в миллион раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Европа построит 10 катушек тороидального поля, а Япония – девять. Однако пройдет еще десять лет, прежде чем термоядерный реактор может быть построен. Строительство площадки ИТЭР в настоящее время завершено почти на 80% .