Содержание
За два последних года в Китае установили рекорды по температуре и времени удержания плазмы в термоядерном реакторе EAST, приступили к строительству объектов для нового токамака CFETR. Обе установки помогают осуществить планы мирового сообщества по созданию экспериментального реактора ITER и коммерческого DEMO. Насколько близки ученые к мечте о новом источнике энергии — в материале .
Китай намерен лидировать
Управляемый термоядерный синтез — это попытка имитировать химические реакции на Солнце, чтобы получить новый источник энергии, неисчерпаемый и экологически чистый. Для этого нужно заставить ядра атомов водорода слиться и образовать атом гелия. Теоретически в этой реакции выделяется большое количество энергии.
Проблема в том, что ядра атомов положительно заряжены. Чтобы слиться, им нужно преодолеть кулоновский барьер, а для этого требуется энергия, то есть нагрев. Ученые придумали, как разогревать изотопы водорода (дейтерий и тритий), которые служат топливом, до миллионов градусов. Но образующаяся плазма неустойчива, она охлаждается в считаные секунды, а этого слишком мало, чтобы началась стабильная реакция термоядерного синтеза.
Несмотря на то что не все научные и технические проблемы решены, во Франции строят мощный экспериментальный термоядерный реактор — ITER, чтобы доказать перспективность этого типа энергетики. К нему приковано внимание мировой общественности. О китайских проектах известно меньше. Между тем эта страна заявила о планах на лидерство в термоядерной энергетике.
Здесь работает первый в мире токамак на сверхпроводящих магнитах EAST, а недавно началось возведение площадки для еще более грандиозной установки, которая станет этапом на пути к коммерчески выгодному термояду. © Иллюстрация Атомы водорода сливаются в атом гелия с выделением энергии © Иллюстрация Атомы водорода сливаются в атом гелия с выделением энергии
Твердые шаги к успеху
EAST — это модернизированный токамак (тороидальный реактор) советского образца, построенный в городе Хэфэй Институтом физики плазмы Китайской академии наук. Поля для удержания плазмы создаются там сверхпроводящими магнитами. Аналогичную систему делают на ITER.
На EAST находящуюся в магнитной ловушке плазму удалось нагреть до ста миллионов градусов, что в несколько раз выше температуры на Солнце, и удерживать в стабильном состоянии в течение 101,2 секунды — это пока мировой рекорд. © AP Photo / Xinhua, Cheng Li Экспериментальный сверхпроводящий токамак EAST в городе Хэфэй, Китай © AP Photo / Xinhua, Cheng Li Экспериментальный сверхпроводящий токамак EAST в городе Хэфэй, Китай
Свежая a href=»https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ab0396/pdf» target=»_blank» rel=»nofollow noopener»статья/a коллаборации EAST рассказывает и о достижениях, способствующих прогрессу в термоядерной энергетике. В частности, авторы отмечают эффективность дивертора из вольфрама с водяным охлаждением — это устройство на стенке реактора, помогающее стабилизировать плазму. Дали плоды усилия по энергосбережению в реакторе.
Оказалось, полезно загрязнить плазму частицами неона. Дело в том, что когда ее раскаляют до ста миллионов градусов, там появляются вихревые электрические поля, которые разгоняют электроны почти до скорости света. Поток таких высокоэнергетичных частиц, попав на стенку реактора, способен ее сильно повредить. Инородные элементы немножко охлаждают плазму, в то же время гася в ней нежелательные процессы.
Результаты экспериментов на EAST позволят китайским ученым построить новый токамак — CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor), Китайский экспериментальный инженерный термоядерный реактор. Площадку для него уже заложили там же, в Хэфэе.
Возведение CFETR начнется в 2021-м, а завершится в 2035 году. Он рассчитан на производство тысячи мегаватт энергии, что в два раза больше, чем на ITER. Разработчики надеются получить на нем в 12 раз больше энергии, чем затратить на его работу.
Китай хочет успеть с пробной эксплуатацией CFETR до того, как в Европе приступят к строительству первого в мире коммерческого термоядерного реактора DEMO. © EAST Team Плазма в токамаке EAST достигла 100 миллионов градусов © EAST Team Плазма в токамаке EAST достигла 100 миллионов градусов
