Китайский термоядерный реактор проработал 17 минут. Насколько это приближает людей к энергии "рукотворных звёзд"
В мире около 85% энергии люди получают сжигая уголь, нефть, дрова и торф. Это топливо — химическое, потому что молекулы при горении высвобождают химическую энергию. По статистике, каждый день люди сжигают по 20 миллионов тонн угля и 25 миллионов бочек бензина, чтобы электростанции давали ток, котельные — тепло, а транспорт возил грузы и пассажиров. Запасы химического топлива на планете ограничены и не восстанавливаются.
Главный минус химического топлива — при горении оно выделяет в воздух массу опасных для здоровья частиц и углекислого газа, которое в том числе приводит к глобальному потеплению. Решить эти проблемы ученые намерены при помощи термоядерного синтеза, который выделяет в четыре раза больше энергии, чем ядерный распад урана. При этом в качестве топлива можно использовать дейтерий, который добывают из морской воды. Запасы дейтерия общедоступны и огромны, их хватит на миллиарды лет работы термоядерных реакторов.
Кроме того, термоядерная энергия почти полностью избавлена от проблемы радиации и является вторым по эффективности источником энергии из всех, что известны современной физике. Тем не менее человечеству сложно покорить термоядерный синтез. Для стабильной термоядерной реакции в земных реакторах нужна температура в 100-150 миллионов градусов или даже выше. Для сравнения: температура в центре Солнца — всего 15 миллионов градусов. Также физикам сложно контролировать разреженную раскаленную плазму в реакторах.
В конце 2020 года ученые корейский токамак KSTAR нагрел плазму до 100 миллионов градусов и удерживал ее 20 секунд. В 2021 году китайский термоядерный реактор EAST нагрел плазму до 120 миллионов градусов и удерживал ее 101 секунду. В начале 2022 года EAST обеспечил 17 минут удержания плазмы, пусть и всего при 70 миллионах градусов. Цель ученых — достичь температуры как минимум в 100-150 миллионов градусов и потенциально бесконечной продолжительности удержания плазмы.
Однако для работы реакторов необходим еще и тритий. Он радиоактивен и практически не встречается на Земле, так что его приходится делать искусственно. Килограмм трития обходится в 30 миллионов долларов и во всем мире его производят по нескольку килограммов в год. Каждый гигаватт выработанной термоядерной энергии потребует 56 килограммов этого вещества ежегодно.
В настоящее время физики хотят "размножать" тритий прямо в термоядерных реакторах. Этот подход собираются протестировать в ITER. Однако пока нет уверенности, что он будет работать так, как задумано. На фоне всех проблем ядерного топлива термоядерные электростанции выглядят как источник энергии будущего: мощный, экологически чистый, безопасный, практически неисчерпаемый. В далеком будущем ученые надеются "создавать звезды вручную" и окончательно перестать добывать энергию из сжигания органики, как делали это на протяжении тысяч лет.