1 декабря в Японии был торжественно открыт крупнейший в мире сверхпроводящий токамак JT-60SA. Это сооружение предназначено для получения энергии ядерного синтеза, оно поддерживается Европейским союзом (ЕС) и рассматривается как предшественник Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER), строящегося в настоящее время во Франции. Последний должен быть введен в эксплуатацию через несколько лет. Ядерный синтез в токамаке, таком как JT-60SA, — это сложный процесс, цель которого — воссоздать условия, существующие в сердце звезд, где атомы сливаются, высвобождая огромное количество энергии.
Для этого в токамаке, который представляет собой конструкцию в форме пончика, используется смесь легких газов, как правило, изотопов водорода, таких как дейтерий и тритий. Эти газы нагреваются до чрезвычайно высоких температур, образуя плазму. Это состояние материи, в котором электроны могут свободно перемещаться, создавая электрический заряд. Горячая плазма поддерживается и удерживается с помощью мощных магнитных полей, создаваемых сверхпроводящими катушками, которые не позволяют плазме контактировать со стенками токамака, что привело бы к потере энергии. Дополнительные методы нагрева, такие как радиочастотные волны или пучки нейтральных частиц, используются для повышения температуры плазмы до экстремальных уровней, достигающих миллионов градусов Цельсия. При таких температурах атомные ядра приобретают высокую кинетическую энергию. Когда плазма достигает достаточно высоких температур, ядра водорода (дейтерий и тритий) начинают сливаться с образованием ядра гелия, высвобождая нейтрон и значительное количество энергии. Энергия, высвобождаемая в виде нейтронов, может быть использована для нагрева жидкости, обычно смеси лития и бериллия, которая, в свою очередь, производит пар для выработки электроэнергии с помощью турбины.
Основная задача ядерного синтеза — поддерживать стабильные условия и создавать чистый прирост энергии. Другими словами, количество энергии, вырабатываемой при термоядерном синтезе, должно превышать количество энергии, необходимое для поддержания процесса. Это и будет основной задачей JT-60SA: продемонстрировать, что его конструкция может генерировать больше энергии, чем потребляет. Как уже говорилось в преамбуле, достижения и уроки, извлеченные из проекта JT-60SA, могут внести вклад в глобальные исследования термоядерного синтеза и принести непосредственную пользу ITER (Международному термоядерному экспериментальному реактору). ITER — это крупная международная инициатива по созданию и эксплуатации экспериментального реактора ядерного синтеза. Ее участниками являются все страны Европейского союза, Швейцария, Великобритания, Индия, Япония, Россия, Китай и США. Строительная площадка ITER расположена в Сен-Поль-ле-Дюранс, на юге Франции. Проект, который в настоящее время находится на стадии интенсивного строительства, должен пройти несколько этапов эксплуатации. На первом этапе необходимо продемонстрировать горение плазмы и выработать больше энергии, чем потребляется. Следующий этап — достижение полного термоядерного синтеза, когда реактор будет вырабатывать чистый объем энергии, с целью достичь этого к 2035 году.
Фото: © Новая наука
Источник: Новая наука