На протяжении более полувека предпринимались попытки обуздать управляемый термоядерный синтез (УТС), но до сих пор это не принесло желаемого результата. Более того, самоподдерживающаяся плазма так и не была получена, что делает невозможным её изучение. Неудивительно, что одной из фундаментальных проблем УТС является получение подобной плазмы. Нам неизвестно поведение плазмы при самоподдерживающейся термоядерной реакции.
К самому УТС мы приблизились достаточно максимально, и его состоятельность считается доказанной. Так, например, на ТОКАМАКе "JET" в 1997 году была получена термоядерная мощность в 16 МВт, следствием чего стали образование гелия и выход нейтронов, которые сильно облучили камеру ТОКАМАКа.
Наведённая радиоактивность в камере не позволяла находиться там человеку, поэтому многие процессы были полностью роботизированы. Подобный опыт применяется и в строящемся международном экспериментальном термоядерном реакторе (ITER).
Большинству государств, исследивших УТС, в середине 1970-х годов стало понятно, что без международного сотрудничества решить проблему обуздания УТС маловероятно.
В 1978 году по инициативе СССР началась работа над проектом международного термоядерного ТОКАМАКа-реактора «ИНТОР». И это несмотря на то, что в мире шло строительство ТОКАМАКов следующего поколения: JET (Европейский союз), JT-60 (Япония), Т-15 (СССР), TFTR (США). На них, благодаря самоподдерживающийся реакции, выход энергии планировался больше, чем затрачивалось на разогрев и поддержание плазмы (параметр Q больше 1).
По результатам эксперимента самым удачным оказался европейский «JET», где был установлен рекорд в термоядерной мощности (16 МВт, параметр Q = 0,68)
Самую лучшую плазму с самым высоким значением достигнутого тройного продукта синтеза (Дейтерий-Тритий; Дейтерий-Дейтерий; Дейтерий-Гелий 3) в 2010 году удалось получить на японском ТОКАМАКе "JT-60".
Американский ТОКАМАК "TFTR" достиг рекордной температуры в 510 миллионов градусов Цельсия.
Российский ТОКАМАК "Т-15" закрылся из-за прекращения финансирования по всем нам известным причинам. Однако исследовательские работы, продолжавшиеся до 1995 года, позволили решить ряд проблем с плазмой, которые до этого возникали в ТОКАМАКах.
Проект международного экспериментального термоядерного реактора «ИНТОР» стал первой удачной кооперацией международной группы учёных, которые смогли проработать проект. За 2,5 года работы над проектом в нём были использованы все последние мировые достижения в области физики плазмы и инженерных, технологических разработок термоядерных реакторов.
Однако надежды, возлагаемые на ТОКАМАКи нового поколения, поставили крест на международной кооперации. Работа над проектами поодиночке привела к тому, что ни один из ТОКАМАКОв (JET, JT-60, Т-15, TFTR) так и не достиг запроектированных параметров.
Стало уже совсем очевидно, что без международной кооперации достичь УТС будет куда сложнее, дороже и дольше. А проблема УТС в мире уже назрела.
Дело в том, что если провести аналогию с атомной энергетикой, то в деле УТС мы находимся на уровне 1942 года, когда в США втайне был построен первый в мире ядерный реактор (СР-1), на котором была продемонстрирована возможность управляемой самоподдерживающейся ядерной реакции. Мощность реактора была всего 200 Ватт. Проект «ИНТОР» мог стать термоядерным аналогом первого исследовательского ядерного реактора, построенным в США в 1943 году.
Таким образом, при проектировании нового поколения ТОКАМАКов учёные рассчитывали получить и изучить до 2000 года самоподдерживающиеся термоядерные реакции в плазме.
- До 2010 года должны были быть запушены первые экспериментально-промышленные термоядерные реакторы для отработки генерации электроэнергии.
- В 2020 году должна была быть построена первая коммерческая термоядерная электростанция.
И эти планы, которые ставили учёные перед УТС в начале 1980-х годов, являлись пессимистичным прогнозом!
То есть учёные, будучи уверенными в достижении проектируемых параметров в УТС ТОКАМАКах (JET, JT-60, Т-15, TFTR), закладывали период в 35 лет от запуска экспериментальных ТОКАМАКов до постройки первой термоядерной электростанции.
Например, ТОКАМАК Т-15 вообще проектировался в СССР как будущий прототип термоядерной электростанции, который должен был стать переходным этапам от выработки электроэнергии углеводородами к выработке электроэнергии термоядерными реакциями.
В общем, как всегда, что-то пошло не так. И это «не так» озадачило всех в мире настолько, что к УТС начали относиться скептически. Начали появляться публикации с усомнениями в самой возможности УТС.
В России ярым противником УТС является специалист по ядерной физике и атомной энергетике, доктор технических наук, профессор Острецов И.Н.
В 1992 году Россия, ЕС, Япония и США заключили соглашение о проработке технического проекта Экспериментального Международного Термоядерного Реактора ITER( International Thermonuclear Experimental Reactor).
Реализация проекта «ITER» началась 24 октября 2007 года. 35 стран создали научно-технический конгломерат, освободив разработку «ITER» от пошлин, санкций и прочих подобных ограничений.
Каждое государство, участвующее в проекте, получает 100% всех технологий и полную научную базу для возможности создания на своей территории подобного реактора.
На сегодня «ITER» – это самый сложный и один из самых дорогих научных проектов в истории.
В нём сосредоточены самые передовые технологии всех участников: технологии с завышенными стандартами, экспериментальные, и даже специально разработанные для проекта «ITER».
Инженерный проект «ITER» разработан с целью гарантированного получения самоподдерживающейся термоядерной реакции для последующего её изучения. Коэффициент Q должен быть равен 10, а термоядерная мощность равна 500 МВт. «ITER» создаётся для досконального изучения всех возможных ядерных процессов в плазме, протекающих при самоподдерживающийся термоядерной реакции. Цель «ITER» - получить знания и опыт в создании самоподдерживающейся термоядерной реакции, научиться управлять этим состоянием. Вторичные цели – это проработка разных методов термоядерных взаимодействий для получения новых изотопов, а также эксперименты с преобразованием нейтронного облучения в электрический ток.
Проект давно назрел, и без «ITER» мы ещё долго будем топтаться на месте. Но что самое главное, обуздание УТС – больше не какая-то секретная тайна военных, а открытая миру технология. Конкуренция в создании термоядерных реакторов в мире подошла к концу. Мы поняли, что прорывы в подобных проектах возможны только при условии общемирового сотрудничества.
Россия, внося вклад в проект «ITER» в размере 9%, получит, как и любая другая страна из конгломерата, все технологии и научные результаты для развертывания национальной программы УТС.
Учёные, сконцентрировав все последние достижения области физики плазмы, более чем уверены в результативности проекта «ITER».
Уверены настолько, что уже начались проработки проектов будущих термоядерных демонстраторов технологий в области генерации энергии.
- Так, в Италии к 2025 году планируется сооружение сверхпроводящего ТОКАМАКа «DDT» для изучения энергетического выхода на основе уже полученного опыта при проектировании «ITER»
- В США в 2025 году планируется строительство компактного ТОКАМАКа «SPARC» с термоядерной мощностью в 100 МВт.
- В России после 2024 года планируется строительство самого компактного (в 38 раз меньше по массе, чем «ITER») в мире ТОКАМАКа «Игнитор» с термоядерной мощностью в 100 МВт, и отработка на нём концепции гибридной термоядерной электростанции.
- Китай планирует строительство термоядерного реактора «CFETR», схожего с «ITER» по концепции, мощностью в 1 Гигаватт в 2030 году.
- Великобритания планирует в 2040 году построить термоядерную электростанцию «STEP на сотни мегаватт.
- Южная Корея после 2037 года планирует построить «K-DEMO» демонстрационную термоядерную электростанцию в 2,2 Гигаватта.
- Проект международной демонстрационной термоядерной электростанции «DEMO» уже сегодня активно прорабатывается.
Как видно, на проект «ITER» возлагаются большие надежды. Но что будет если даже он не сможет достичь требуемых от него параметров плазмы?
Тогда в мире останется единственный путь реализации термоядерной энергетики в концепции гибридного термоядерно-ядерного реактора, где ТОКАМАК окружён делящимися под воздействием высокоэнергетического нейтронного облучения элементами, например, Ураном-238 и Торием-232.
Такая концепция гибридного термоядерного реактора считается наиболее разумной в следующем шаге УТС в России и Китае. Причём она вполне достижима даже при параметрах Q меньше единицы. Но об этом в следующей статье.
