Побит мировой рекорд по выходной мощности термоядерного синтеза
В 1991 году ученые, работавшие на новаторском энергетическом объекте, совершили важный прорыв, впервые добившись контролируемого высвобождения энергии ядерного синтеза. В 1997 году токамак Joint European Torus (JET) установил мировой рекорд по выходной мощности в 22 мегаджоуля. Двадцать пять лет спустя ученые побили этот мировой рекорд, что, по их словам, является знаменательным моментом в поисках энергии термоядерного синтеза.
JET — это тип термоядерного реактора, известный как токамак, камера в форме пончика, в которой используется аккуратное расположение магнитных катушек для удержания круговых потоков плазмы.
Плазма нагревается до миллионов градусов и, теоретически, удерживается на месте достаточно долго, чтобы атомы водорода внутри нее сливались вместе, образуя атомы гелия, что высвобождает огромное количество энергии.
Это процесс, происходящий внутри Солнца, где огромные гравитационные силы и высокая температура сплавляют изотопы водорода дейтерий и тритий вместе для выработки энергии.
Однако тритий относительно редок, и с ним проблематично обращаться здесь, на Земле, и по этой причине последними экспериментами с использованием топлива были рекордные эксперименты JET в 1997 году. Исследователи обычно используют водород или дейтерий вместо трития в экспериментах с плазмой.
«Мы можем очень хорошо изучить физику термоядерной плазмы, работая с водородом или дейтерием, так что это мировой стандарт», — объяснила Афина Каппату из Института физики плазмы им. Макса Планка. «Однако для перехода к международному крупномасштабному термоядерному эксперименту ИТЭР важно, чтобы мы подготовились к преобладающим там условиям».
ИТЭР, или Международный термоядерный экспериментальный реактор, представляет собой токамак высотой в семь этажей, строящийся на юге Франции, и после завершения строительства в 2025 году он станет крупнейшим в мире термоядерным реактором.
ИТЭР будет использовать смесь дейтерия и трития в пропорции 50:50 и будет предназначен для производства 500 МВт мощности из 50 МВт потребляемой для нагрева плазмы, демонстрируя десятикратный прирост выходной энергии.
Готовясь к этим экспериментам в конце текущего десятилетия, инженеры JET заменили внутреннюю углеродную облицовку плазменного сосуда комбинацией бериллия и вольфрама, теми же материалами, которые будут облицовывать стенки ИТЭР.
Такая модификация, наряду с тщательным моделированием перед экспериментами, позволила ученым получить стабильную плазму с дейтериево-тритиевым топливом, которое произвело 59 мегаджоулей энергии за пять секунд, что более чем вдвое превышает предыдущий рекорд.
«Эти знаменательные результаты сделали нас на огромный шаг ближе к решению одной из самых больших научных и инженерных задач, — сказал Ян Чепмен, генеральный директор Управления по атомной энергии Великобритании. — Это награда за более чем 20 лет исследований и экспериментов с нашими партнерами со всей Европы».
Во время экспериментов 1997 года реактор также кратковременно вырабатывал 16 МВт пиковой мощности, что является рекордом для токамака.
Этот рекорд стоит до сих пор и не был побит последним раундом экспериментов JET, которые вместо этого были сосредоточены на производстве устойчивой термоядерной энергии.
«Если мы можем поддерживать термоядерный синтез в течение пяти секунд, мы сможем делать это в течение пяти минут, а затем в течении пяти часов, поскольку мы будем расширять наши возможности в будущих реакторах», — сказал Тони Донне, руководитель программы EUROfusion.