Tokamak Energy достигла температурного порога для коммерческого термоядерного синтеза

Технологическая компания Tokamak Energy из Оксфорда достигла важной вехи в исследованиях термоядерного синтеза, финансируемых из частных источников, после того, как ее сферический токамак ST-40 достиг температуры 100 миллионов ° C, что, по ее словам, является порогом для коммерческого термоядерного синтеза.

На протяжении более 75 лет создание практического термоядерного реактора оставалось, к сожалению, недостижимым. Однако последствия создания такой технологии и ее способность снабжать человечество практически неограниченным запасом дешевой чистой энергии настолько меняют правила игры, что ученые и инженеры упорно продолжают заниматься ее развитием.

Принцип ядерного синтеза относительно прост. Просто возьмите атомы водорода и подвергните их такому теплу и давлению, как внутри Солнца, достаточно долго, чтобы они слились вместе, чтобы сформировать более тяжелые атомы, и они высвободят огромное количество энергии в процессе слияния.

К сожалению, это легко представить в теории, но невероятно сложно осуществить на практике. Проще говоря, сбалансировать три основных фактора (тепло, давление и время) для осуществления термоядерного синтеза не так уж сложно.

На самом деле, во время Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1964 году была организована выставка, на которой публика могла наблюдать за работой настольного термоядерного реактора в режиме реального времени в течение доли секунды. С тех пор главной задачей было придумать реактор, который мог бы производить практические количества энергии в стабильном режиме и в количествах, превышающих количество, необходимое для запуска реакции.

Одним из наиболее перспективных из них является реактор-токамак, впервые разработанный в Советском Союзе в 1950-х годах. Базовая конструкция представляет собой полое кольцо, окруженное катушками, которые создают внутри магнитное поле.

Кольцо в виде пончика содержит вакуум, в который введены атомы водорода. Магнитное поле сжимает и сжимает атомы, когда они нагреваются до миллионов градусов, лишая их электронов и превращая их в плазму, когда они вращаются вокруг кольца. Когда условия правильные, происходит слияние.

Большинство реакторов токамак, построенных за последние 70 лет, были исследовательскими реакторами, финансируемыми государством, которые были сосредоточены на изучении поведения водородной плазмы и проблем, с которыми столкнется строительство практического реактора.

Это означает, что подобные токамаки, как правило, очень большие и очень дорогие.

На другом конце шкалы находятся реакторы, финансируемые из частных источников, такие как сферический токамак ST40 компании Tokamak Energy. В то время как правительственные реакторы уже достигли отметки в 100 миллионов ° C, сделать это с гораздо меньшим коммерческим реактором стоимостью всего 70 миллионов долларов и подтверждением этого сторонними наблюдателями является большим достижением.

По заявлению компании, целью ST40 является концентрация на коммерческих применениях термоядерной энергии. В частности, сделать реакторы экономически выгодными. По этой причине токамак ST40 представляет собой сферический токамак.

Там, где обычные токамаки имеют большие торические камеры, сферический реактор гораздо компактнее и заменяет всеохватывающие магниты на те, которые встречаются в центре камеры в виде стойки. Это придает реактору сплюснутую форму, что-то вроде яблока. Это позволяет магнитам располагаться ближе к потоку плазмы, поэтому магниты меньше и потребляют меньше энергии, но генерируют более интенсивные магнитные поля.

Кроме того, в ST40 используются высокотемпературные сверхпроводящие (HTS) магниты, изготовленные из редкоземельного оксида бария и меди (REBCO) и сформированные в виде узких лент толщиной менее 0,1 мм.

Такие «высокотемпературные» магниты работают при температуре от -250 до -200 ° C или примерно при температуре жидкого азота. Это делает охлаждение магнитов реактора намного дешевле, чем у магнитов, использующих жидкий гелий.

Эта установка позволяет создать меньший и более простой реактор, в котором плазма остается гораздо более стабильной в условиях, поддерживающих реакцию синтеза. Однако общее давление в реакторе меньше, чем в обычных токамаках, а центральная колонна уязвима для распада из-за плазмы и нуждается в регулярной замене.

В настоящее время компания работает над более совершенным реактором ST-HTS, который будет введен в эксплуатацию через несколько лет и предоставит информацию для проектирования первой настоящей коммерческой установки в 2030-х годах.

«Мы гордимся тем, что добились этого прорыва, который приближает нас на один шаг к обеспечению мира новым, безопасным и безуглеродным источником энергии», — сказал Крис Келсалл, генеральный директор Tokamak Energy. «В сочетании с магнитами HTS сферические токамаки представляют собой оптимальный путь к достижению чистой и недорогой коммерческой термоядерной энергии. Наше следующее устройство впервые объединит эти две ведущие мировые технологии и займет центральное место в нашей миссии по получению дешевой энергии с помощью компактных термоядерных модулей».