Планы откладываются

Термоядерный реактор Международного проекта по термоядерной энергии (ITER), состоящий из 19 массивных катушек, обмотанных несколькими тороидальными магнитами, изначально был запланирован к началу первого полного испытания в 2020 году. Теперь ученые говорят, что он заработает не раньше 2039 года.

Смотрите также Французский термоядерный реактор установил рекорд благодаря новой защитной оболочке из вольфрама

Это означает, что термоядерная энергетика, в которой токамак ITER занимает ведущее место, вряд ли успеет вовремя решить климатический кризис.

Крупнейший в мире ядерный реактор является продуктом сотрудничества 35 стран, включая все государства Европейского Союза, Великобританию, Китай, Индию и США. ITER содержит самый мощный в мире магнит, благодаря которому он способен создавать магнитное поле в 280 000 раз сильнее, чем то, что защищает Землю.

Впечатляющий дизайн реактора сопровождается не менее впечатляющей ценой. Изначально планировалось, что реактор будет стоить около 5 миллиардов долларов и будет запущен в 2020 году, но сейчас он претерпел многочисленные задержки, а его бюджет превысил 22 миллиарда долларов, и еще 5 миллиардов долларов предлагается на покрытие дополнительных расходов. Эти непредсказуемые расходы и задержки стали причиной последней, 15-летней задержки.

Термоядерный синтез

Ученые пытаются использовать силу ядерного синтеза — процесса, благодаря которому горят звезды — уже более 70 лет. Сливая атомы водорода для получения гелия при чрезвычайно высоких давлениях и температурах, звезды производят огромное количество энергии без образования парниковых газов или долговременных радиоактивных отходов. Но воспроизвести условия, существующие в сердце звезды, — непростая задача здесь, на Земле.

Самая распространенная конструкция термоядерного реактора, токамак, работает путем перегрева плазмы (одно из четырех состояний вещества, состоящего из положительных ионов и отрицательно заряженных свободных электронов) перед тем, как удерживать ее внутри пончикообразной реакторной камеры с мощными магнитными полями.

Однако удерживать турбулентные и перегретые катушки плазмы на месте достаточно долго, чтобы произошел ядерный синтез, очень сложно. Еще никому не удалось создать реактор, способный отдавать больше энергии, чем поглощать. Единственным исключением стал эксперимент, когда ученые в течение нескольких коротких секунд смогли превысить этот порог, но этого, понятно, недостаточно.

Смотрите также Это прорыв: термоядерный синтез впервые в истории произвел на 50% больше энергии, чем потребил

В чем проблема

Одним из главных камней преткновения является работа с плазмой, достаточно горячей для синтеза. Дело в том, что сам процесс синтеза требует определенных условий, которые присутствуют в звездах. Звезда вспыхивает тогда, когда набирает достаточную массу и начинает разогреваться. Например, если бы Юпитер был немного массивнее, он стал бы коричневым карликом (в которых не происходят термоядерные реакции, но они уже разогреваются и светятся). А если бы набрал еще больше массы, то вполне мог бы превратиться в полноценную звезду. Таким образом для реакции нужно давление и температура.

К счастью, одно может заменить другое, но нужно менять пропорции. Если на Земле мы не можем обеспечить достаточное давление, то должны компенсировать это более высокой температурой. И эта температура температура должна быть выше, чем в ядре звезды.

Ядро Солнца достигает температуры около 15 миллионов по Цельсию, и имеет давление, что примерно в 340 миллиардов раз превышает давление воздуха на уровне моря на Земле. Подогреть плазму до таких температур относительно легко с помощью современных технологий, но найти способ удержать ее так, чтобы она не прожгла реактор и не сорвала реакцию термоядерного синтеза, — задача не из простых с технической точки зрения.

Ученые сейчас ищут новые конструкции реакторов, которые бы позволили преодолеть эту проблему. Например, защитная оболочка из Вольфрама показала себя лучше, чем другие материалы. Вероятно, это будет не последним открытием в этой сфере, поэтому в будущем мы увидим другие сплавы для реакторов, которые позволят лучше защищаться от высоких температур.