21 декабря Объединенный европейский торус (JET), крупнейший в мире токамак, успешно поддерживал плазму при температуре 150 миллионов градусов Цельсия пять секунд. Ученые консорциума EUROfusion сообщают о производстве 59 мегаджоулей энергии, что больше чем в два с половиной раза превышает предыдущий рекорд в 22 мегаджоуля, установленный реактором в 1997 году. Это достижение не только демонстрирует потенциал термоядерной энергии как безопасного и устойчивого источника, но и укрепляет проект ИТЭР, строительство которого ведется на юге Франции.
Стремясь снизить выбросы парниковых газов для борьбы с глобальным потеплением, мир обращает внимание на ядерный синтез как перспективный источник энергии.
В основе этого процесса лежит практически неограниченное топливо – смесь дейтерия и трития в случае с реакторами JET и ITER – и безопасная, экологичная реакция. Главная задача состоит в поддержании энергопроизводства длительное время и повышении его эффективности: в данном эксперименте реактор потреблял энергии примерно в три раза больше, чем производил.
В течение пяти секунд JET выделил 59 мегаджоулей тепла, что соответствует мощности термоядерного синтеза примерно в 11 мегаватт. Постоянный поток энергии от дейтерий-тритиевого синтеза на практически промышленном уровне является доказательством для участников мировых поисков термоядерного синтеза. В заявлении доктора Бернара Биго, генерального директора ИТЭР, говорится о том, что ожидается, что ИТЭР будет вырабатывать энергию, минимум в десять раз больше используемой.
Несмотря на достижения в исследованиях, производство электроэнергии с помощью ядерного синтеза пока не достигнуто. Ни один эксперимент не позволил получить чистую энергию. В прошлом году исследователи из National Ignition Facility, установки, основанной на термоядерном синтезе с инерционным удержанием, максимально приблизились к этой цели: им удалось произвести 1,3 МДж энергии в течение очень короткого момента, что равно 70% энергии начального лазерного импульса!
В 1997 году реактор JET достиг наилучших показателей: кратковременно (1,5 секунды) мощность составила 16 МВт, что равняется двум третям входной мощности (24 МВт). Проект ITER — усовершенствованная и расширенная версия JET, предназначенная для более высокой производительности. Токамак шириной 20 метров вместит в десять раз больше плазмы, чем JET (830 м³). Больший объем плазмы теоретически позволяет дольше поддерживать условия термоядерного синтеза и затрудняет утечку тепла.
Ввод ИТЭРа запланирован на конец 2025 года.
В научном центре Кулхэм в Абингдоне, неподалёку от Оксфорда, расположенный экспериментальный стенд JET используется для проведения экспериментов по оценке материалов и технологий. В частности, первоначально его обшили углеродом из-за его устойчивости к плавлению, но оказалось, что он «впитывает топливо, как губка», — рассказала Science Фернанда Римини, специалист по плазменным операциям JET.
Конструкторы ИТЭР выбрали бериллиевые и вольфрамовые вкладыши. Для проверки их эффективности JET был изменен: с 2006 года его доработали, чтобы он почти полностью совпал с будущим ITER. На нём проводят эксперименты. Магниты, система нагрева плазмы и внутренняя стенка схожи с таковыми у будущего реактора.
В 2011 году, после внесенных изменений, команда провела дополнительные испытания, которые не дали результатов. Нам не удалось добиться такого же уровня эффективности. — вспоминает Стив Коули, руководивший Кулхэмским центром термоядерной энергии. Команда JET обнаружила, что ионы в плазме реагируют с ионами вольфрама, составляющих стенку, что вызывает потерю тепла. Чтобы устранить проблему, исследователи ввели тонкий слой газа (азота, неона или аргона) около стенки реактора для охлаждения внешних краёв плазмы и предотвращения её реакции с вольфрамом.
В сентябре 2021 года команда решила заменить топливо на смесь дейтерия и трития для приближения экспериментальных условий ИТЭР. В большинстве термоядерных реакторов для экспериментов используется водород и дейтерий, так как тритий — быстро распадающийся радиоактивный изотоп водорода, присутствует в природе лишь в незначительных количествах. Сейчас тритий производится в обычных ядерных реакторах, но ученые ожидают, что термоядерная реакция сама будет производить необходимый тритий (в результате реакции между нейтронами, образующимися в ходе реакции, и литием-6). Система переработки JET способна извлекать несгоревшие ионы трития и дейтерия из отходящих газов после каждого испытания и затем перерабатывать их.
После многолетней работы JET приступит к заключительному циклу экспериментов с лета 2022 года по конец 2023 года, после чего будет остановлен. Эксперимент стал самым успешным из когда-либо проведенных по термоядерному синтезу, но настала пора передать его ITER. «, — сказал Джо Милнс, руководитель работ JET.