На днях корейские термоядерщики установили новый мировой рекорд: на сверхпроводящем токамаке KSTAR (его еще называют корейское искусственное солнце, поскольку наша звезда светит и греет именно за счет термоядерной реакции) они в течении 20 секунд удерживали плазму температурой выше 100 миллионов градусов. С одной стороны, это круто, потому что более чем вдвое превышен предыдущий рекорд - в 2019 году он составлял 8 секунд. С другой стороны - непонятно, что это такое и как оно нам в хозяйстве пригодится? Разбираемся с экспертом - почему это круто и когда человечество получит неисчерпаемый источник “зеленой” энергии...

Попробуем ответить на наивные вопросы с помощью Владимира Рожанского, профессора Высшей инженерно-физической школы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ - участник Проекта 5-100, это программа повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов).

Почему 20 секунд это круто?

Комментарий эксперта: Чтобы зажечь термоядерную реакцию с положительным выходом энергии (когда полезная энергия термоядерного синтеза превышает затраты на нагрев плазмы) нужно иметь три достаточно высоких параметра:

- температура плазмы должна превышать 100 млн градусов
- концентрация плазмы должна тоже быть достаточной
- время удержания энергии (время, которое плазма будет оставаться горячей при выключении источников нагрева) также должно быть достаточно большим.

На корейском токамаке KSTAR, как и на других современных токамаках выполнены пока только первые два условия, а время удержания - недостаточно. На сегодняшний день 20 секунд на KSTAR с его относительно небольшими размерами - это много.

Работы над созданием термоядерного реактора начались еще полвека назад. Почему за это время не удалось создать действующую установку?

Комментарий эксперта: 50-летняя история управляемого термоядерного синтеза связана в значительной степени с проблемой удержания плазмы в магнитном поле. В ней развиваются многочисленные неустойчивости, которые переводят плазму в турбулентное состояние, вызывают уход энергии из объема реактора и падение времени удержания. Более 50 лет понадобилось человечеству на решение этой проблемы. Один из способов - увеличение размеров реактора, так как время удержания плазмы растет пропорционально квадрату размеров. Самый большой термоядерный реактор ИТЭР будет иметь радиус около 6 метров. Ну и, конечно, разработаны многие новые технологии, которых мы не имели 50 лет назад.

Почему корейцам удалось продвинуться вперед? Какую фишку они применили?

Комментарий эксперта: При работе необходимо поддерживать сильное магнитное поле за счет токов в катушках реактора. При этом в обычных катушках происходят огромные потери энергии. Чтобы этого избежать, надо использовать сверхпроводящие материалы для катушек, работающих почти при нулевых температурах по Кельвину. Такая технология используется на KSTAR . Кроме этого, удалось создать так называемый внутренний транспортный барьер с подавленной турбулентностью, что привело к общему улучшению удержания.

Какой эффект может быть от термоядерного реактора, если его удастся создать?

Комментарий эксперта: Человечество получит практически неисчерпаемую «зеленую» энергию.

Чем термоядерные реакторы лучше, чем реакторы на действующих АЭС, которые используют реакцию не синтеза, а деления?

Комментарий эксперта: Постепенно приходит осознание того факта, что атомная энергетика на реакциях деления, не может быть использована в перспективе из-за экологических проблем, связанных с утилизации отходов, возможных аварий и т.д. Да и ее коммерческая привлекательность существенно падает из-за расходов необходимых при выводе реакторов из эксплуатации. Не случайно многие страны, например Германия, постепенно отказываются от атомной энергетики. Термоядерная энергетика свободна от этих недостатков.

В каком временном горизонте стоит ждать появления работающего устройства?

Комментарий эксперта: Первая плазма на термоядерном реакторе ИТЭР должна быть получена осенью 2025 года. Думаю, затем уйдет еще 10-15 лет работы реактора, чтобы к концу этого периода получить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию.

ИЗ ДОСЬЕ

Научная группа СПбПУ под руководством профессора Рожанского занимается расчетами пристеночной плазмы - то есть, как и какие примеси будут поступать в термоядерный реактор, как будет перераспределяться мощность, которая идет из центральной зоны, и так далее. Для этого учеными Политехнического университета был разработан специальный численный код – SOLPS-ITER. Сейчас он объявлен как официальный для расчета параметров пристеночной плазмы не только ITER (это Международный экспериментальный термоядерный реактор, построен на юге Франции), но и всех существующих установок.Автор: Я.Коробатов
Источник: Комсомольская правда