Исследователь National Geographic Паоло Верзоне позволяет нам заглянуть внутрь стелларатора — экспериментальной установки, призванной обеспечить мир практически безграничной чистой энергией.
Одетый в чистый белый лабораторный халат, белые ботинки и перчатки, исследователь National Geographic Паоло Верзоне лёг на землю и протиснулся в отверстие, которое было ненамного шире его самого. По его словам, «он входил в звезду».
Или, по крайней мере, это настолько близко, насколько можно приблизиться к опыту, полученному на Земле. В этот ноябрьский день Verzone получила редкую эксклюзивную возможность осмотреть внутренности Wendelstein 7-X, экспериментального термоядерного реактора в Институте физики плазмы Макса Планка в Грайфсвальде, Германия, во время проведения технического обслуживания.
Когда Wendelstein 7-X работает, камера в форме бублика, в которой стоит Verzone , заполняется плазмой, разновидностью горячего газа с наддувом. Машина нагревает эту плазму до десятков миллионов градусов Цельсия, а затем удерживает ее с помощью сверхпроводящих магнитов, охлажденных до минус 269 градусов, температуры , близкой к абсолютному нулю.
Этот контраст означает, что при включении это сооружение временно является одновременно самым жарким и самым холодным местом во всей нашей солнечной системе. Но что еще более важно, эти крайности сделают возможным достижение ядерного синтеза, при котором легкие атомы, такие как водород, соединяются вместе при огромной температуре и давлении и в процессе производят более тяжелые атомы и часть чистой энергии. Это тот же метод, с помощью которого наше солнце генерирует свое тепло и свет. Есть надежда, что однажды термоядерные реакторы смогут обеспечить наши электросети практически безграничной энергией без вредных выбросов
Термоядерные реакторы бывают нескольких конфигураций. Wendelstein 7-X — это так называемый стелларатор, который предлагает довольно необычное решение проблемы, с которой сталкиваются физики, изучающие термоядерную реакцию.
Представьте себе игрушечную машинку на гоночной трассе, говорит Жозефина Пролл, физик, работающая над экспериментом. В этой метафоре машинка — это частицы плазмы в реакторе. Чтобы произошёл синтез, им нужно сделать две вещи: двигаться быстро и не сходить с трассы (иначе они вылетят за пределы экспериментальной установки). Итак, «как и в случае с вашей маленькой [игрушечной] гоночной трассой», — говорит Пролл, — вам нужно плавно поворачивать трассу, чтобы машина «не съезжала с полосы».
В то время как другие эксперименты по термоядерному синтезу, такие как огромный токамак ИТЭР во Франции, создают эти кривые полосы за счет создания электрического тока в плазме, стелларатор делает это с помощью великолепно закрученных магнитных катушек, окружающих реакционную камеру. Выбор дизайна позволил добиться прорывов: Wendelstein 7-X недавно установил рекорд по поддержанию перегретой плазмы в течение 43 секунд, превзойдя достижения токамаков. Кроме того, это прекрасное инженерное решение для того, чтобы забраться внутрь. Около 8000 графитовых плиток и стальных пластин с водяным охлаждением украшают спиралевидные стенки, чтобы предотвратить перегрев эксперимента.
Для Верзона этот взгляд за кулисы был близок к духовному опыту. «Это как войти в крипту собора», — говорит он. Это редко посещаемое святилище, где можно поразмышлять о возвышенном. «Представьте, что Эйнштейн вошёл бы в это место — он бы заплакал».
Этот реактор еще не достиг пригодной для использования термоядерной мощности. Эксперименты, проведенные до сих пор, в основном направлены на проверку конструкции и стабильности плазменной системы. И даже если ученым удастся добиться стабильной термоядерной реакции, при которой выделяется больше энергии, чем потребляется, остаются новые инженерные проблемы. Например: как использовать энергию , содержащуюся в плазме, для питания электрической сети? (Ученые тоже работают над этим.)
Несмотря на долгий путь, который предстоит пройти, Пролл настроен оптимистично, что человечество достигнет термоядерной энергии при нашей жизни. “За последнее десятилетие произошли такие замечательные достижения”, - говорит Пролл. “И я думаю, что за этим, наконец, стоит больше импульса”, - наконец-то появился .