На днях городе Нака (Япония) прошло торжественное открытие самого большого экспериментального термоядерного реактора в мире. Однако во Франции строится еще более мощный реактор, и в этом международном проекте, несмотря на все санкции, активно участвует Россия. Почему это проект так важен для человечества?
Шаг к промышленному термоядерному синтезу
Реактор JT-60SA в г. Нака — это проект, осуществляемый совместно Японией и Европейским союзом. В нем задействованы свыше пятисот специалистов (ученых, инженеров), более 70 компаний со всего мира.
Цель запуска японского экспериментального реактора — изучить возможность использования термоядерного синтеза как масштабного и безопасного источника энергии. Установка позволит ученым приблизиться к созданию технологий эффективной термоядерной реакции.
Экспериментальный реактор JT-60SA, имеющий высоту шестиэтажного дома, представляет собой тороидальный корпус типа "токамак", удерживающий электронную плазму, нагретую до 200 млн ℃. Работа реактора JT-60SA должна продолжаться 100 секунд. В реакторе используются сверхпроводящие магниты, он обладает самым большим объемом рабочей зоны на сегодняшний день — 135 м3. Стоит отметить, что о первом получении плазмы на реакторе JT-60SA сообщалось еще в начале ноября, поэтому настоящий официальный запуск можно считать формальностью.
Технология получения энергии посредством ядерного синтеза сейчас находится на ранней стадии развития, однако некоторые ученые рассматривают ее как оптимальный способ удовлетворить быстро растущие энергетические потребности человечества. Нужно отметить, что термоядерный синтез радикально отличается от ядерного деления, используемого на современных атомных электростанциях, поскольку при нем происходит слияние атомных ядер, а не их расщепление.
Неисчерпаемый источник энергии
Японский JT-60SA — предшественник Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР, который строится на юге Франции. Несмотря на значительные задержки в графике строительства, ИТЭР должен стать гораздо более мощным, чем JT-60SA, благодаря большему объему рабочей камеры — 840 м3. Такой объем позволит дольше держать плазму под контролем и обеспечит более высокую эффективность.
Оба проекта предполагают слияние ядер водорода для образования более тяжелого элемента гелия, при этом выделяется энергия в виде тепла и света. Процесс аналогичен реакциям, которые происходят внутри звезд, включая наше Солнце.
Термоядерный процесс, в ходе которого водород превращается в гелий, впервые описал в 1939 году Ханс Бете, за что был удостоен Нобелевской премии по физике. Примерно тогда же Эрнест Резерфорд осуществил эксперимент, который открыл путь дальнейшим исследованиям в области термоядерного синтеза. Резерфорд указал на "огромный эффект" такой реакции.
К настоящему времени давно используется энергия ядерного распада, поэтому может возникнуть вопрос, зачем нам потребовался еще и термоядерный синтез. Однако энергия, полученная в результате термоядерного синтеза, в 4 раза превышает энергию, получаемую от реакций деления. Кроме того, запасы урана, необходимого для ядерного деления, весьма ограничены: по современным оценкам, их хватит примерно на 150 лет, после чего необходимо будет искать альтернативные источники энергии. Учитывая, что запасы нефти и газа также истощаются, а получение солнечной энергии слишком зависит от климатических условий, термоядерный синтез становится весьма перспективным источником.
Для реакции термоядерного синтеза ученые используют изотопы водорода — дейтерий и тритий. Запасы дейтерия почти неисчерпаемы, так как он содержится в водах Мирового океана. Другой изотоп, тритий, практически отсутствует на Земле, но существуют технологии его получения облучения нейтронами лития-6. При этом запасы лития-6 позволяют считать и тритий почти неисчерпаемым источником энергии.
Одним из главных преимуществ термоядерного синтеза по сравнению с ядерным делением является отсутствие риска катастрофических ядерных аварий. Кроме того, при реакции слияния ядер образуется существенно меньше радиоактивных отходов, если сравнивать с работой существующих атомных электростанций.
Без России не обошлись
ИТЭР — проект с участием России, который не был остановлен даже после наложения на РФ различных санкций. По словам Виктора Ильгисониса, директора направления научно-технических исследований и разработок "Росатома", ИТЭР является единственным большим международным проектом, в котором Россия участвует на полноценной основе, не подвергаясь давлению или критике из-за изменений политической обстановки.
В августе 2023 года гендиректор "Росатома" Алексей Лихачев сообщил во время встречи с президентом Владимиром Путиным, что Россия продолжает активно участвовать в проекте ИТЭР. Известно, что РФ обязалась изготовить и поставить более двадцати различных систем для этого проекта, включая устройства для удержания высокотемпературной плазмы, мощные электротехнические компоненты, системы диагностики и гиротроны (устройства для нагрева плазмы). Так, в начале ноября 2022 года на площадку ИТЭР была доставлена уникальная сверхпроводниковая катушка, изготовленная в России по российской технологии.
Вклад советских и российских ученых в изучение термоядерного синтеза невозможно переоценить. Наши ученые были первыми, кто создал токамаки, они же стали первопроходцами в создании токамака из сверхпроводящих материалов. Сегодня российские ученые по-прежнему имеют высокий статус в области термоядерной энергетики. Тот же гиротрон, предназначенный для нагрева электронов плазмы электромагнитными волнами,является российским изобретением.
Отметим, что пока ИТЭР находится в стадии строительства, в США достигнут прорыв на установке другого типа — в декабре прошлого года американские ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса смогли достичь самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза с энергией на выходе большей, чем потребовалось для запуска. В отличие от JT-60SA и ИТЭР, американская установка использует метод инерционного термоядерного синтеза с высокоэнергетическими лазерами, одновременно направляющими пучки энергии на небольшой цилиндр, содержащий водород.
В США этот результат объявили "эпохальным достижением" в поиске источников неисчерпаемой чистой энергии, а также в прекращении зависимости от ископаемого топлива.
Как сообщали в мае этого года "Новые Известия", глава Чечни Рамзан Кадыров был награжден медалью имени И. В. Курчатова за выдающийся вклад в развитие Курчатовского института.
---