Первая плазма появилась в крупнейшем в мире термоядерном реакторе JT-60SA

Долгий и тернистый путь к практической термоядерной энергетике был отмечен на прошлой неделе важной вехой, когда заработал новейший и крупнейший в мире термоядерный реактор.

Японский JT-60SA использует магнитные поля сверхпроводящих катушек для удержания невероятно горячего облака ионизированного газа или плазмы внутри вакуумного сосуда в форме пончика в надежде заставить ядра водорода сплавиться и высвободить энергию. Четырехэтажная установка предназначена для удержания плазмы, нагретой до 200 миллионов градусов по Цельсию, в течение примерно 100 секунд, что намного дольше, чем предыдущие большие токамаки.

Достижение прошлой недели «доказывает миру, что машина выполняет свою основную функцию», — говорит Сэм Дэвис, менеджер проекта Fusion for Energy, организации ЕС, работающей с Национальными институтами квантовой науки и технологий Японии (QST) над JT-60SA. Пройдет еще два года, прежде чем JT-60SA будет производить долговечную плазму, необходимую для значимых физических экспериментов, говорит Хироши Шираи, руководитель проекта QST.

JT-60SA также поможет ИТЭР, гигантскому международному термоядерному реактору, строящемуся во Франции, который призван продемонстрировать, как термоядерный синтез может генерировать больше энергии, чем уходит на ее производство. ИТЭР будет опираться на технологии и эксплуатационные ноу-хау, которые будет тестировать реактор JT-60SA.

Японии пришлось принять JT-60SA и два других небольших исследовательских центра термоядерного синтеза в качестве утешительного приза за согласие отпустить ИТЭР во Францию.

Сделка, изложенная в соглашении между Японией и ЕС от 2007 года, предусматривала модернизацию почтенного японского реактора JT-60, исследовательской рабочей лошадки с середины 1980-х годов. Здание JT-60 было сохранено, а реактор был создан с нуля, и его стоимость не разглашается.

Реактор JT-60SA (что означает «сверхпродвинутый») высотой 15,5 метров составляет примерно половину высоты ИТЭР и может содержать 135 кубических метров плазмы, что составляет одну шестую объема его европейского аналога и примерно равно объему типичной железнодорожной цистерны.

Его плазма должна позволить физикам изучить стабильность плазмы и то, как она влияет на выходную мощность — уроки, которые можно применить к ИТЭР, говорит Альберто Лоарте, глава научного подразделения ИТЭР.

Как и многие термоядерные проекты, проект JT-60SA претерпел значительные задержки, в результате чего сроки его реализации растянулись более чем на 15 лет.

Первоначальный план заключался в том, чтобы реактор был введен в эксплуатацию в 2016 году. Модернизация, проблемы с закупками и землетрясение в Тохоку в марте 2011 года — все это вызвало большие задержки.

Затем во время испытаний в марте 2021 года произошло короткое замыкание в кабеле, подающем электричество на одну из сверхпроводящих магнитных катушек. Короткое замыкание повредило электрические соединения и вызвало утечку гелия, которая привела бы к ухудшению работы систем охлаждения.

Инцидент произошел при минимальном токе в цепи. Если бы ток был выше, «повреждение катушки могло бы быть серьезным», — говорит Хироши Шираи. «Нам повезло». В целях безопасности команда JT-60SA переработала изоляцию более чем 100 электрических соединений, и на эту задачу ушло 2,5 года. Авария побудила инженеров ИТЭР также запланировать более тщательные испытания своих катушек.

Одним из ограничений является то, что JT-60SA будет использовать в своих экспериментах только водород и его изотоп дейтерий, а не тритий — третью форму водорода, которая является дорогой, дефицитной и радиоактивной.

Тритий считается наиболее эффективным вариантом производства энергии, поэтому ИТЭР планирует начать использовать дейтерий-тритиевое топливо в 2035 году.

К 2050 году Япония также надеется построить DEMO, предлагаемую демонстрационную электростанцию, которая станет трамплином от исследований JT-60SA и ИТЭР к коммерческой термоядерной энергитике.

Хироши Шираи говорит, что он хорошо осведомлен о конкуренции со стороны альтернативных подходов к термоядерной энергетике, подогреваемой притоком частных инвестиций в эту область. Но конкуренция открывает возможности для сотрудничества между теми, у кого есть новые идеи. «То, что в эту область приходит много людей, — это очень хорошо», — говорит Хироши Шираи.

Церемония официального открытия JT-60SA состоится в 1 декабря с участием представителей и гостей из Японии и Европы.