Найбільший у світі термоядерний реактор ITER нарешті завершено, але є проблема

Плани відкладаються

Термоядерний реактор Міжнародного проєкту з термоядерної енергії (ITER), що складається з 19 масивних котушок, обмотаних кількома тороїдальними магнітами, спочатку був запланований до початку першого повного випробування у 2020 році. Тепер вчені кажуть, що він запрацює не раніше 2039 року.

Це означає, що термоядерна енергетика, у якій токамак ITER займає провідне місце, навряд чи встигне вчасно вирішити кліматичну кризу.

Найбільший у світі ядерний реактор є продуктом співпраці 35 країн, включаючи всі держави Європейського Союзу, Велику Британію, Китай, Індію та США. ITER містить найпотужніший у світі магніт, завдяки якому він здатен створювати магнітне поле у 280 000 разів сильніше, ніж те, що захищає Землю.

Вражаючий дизайн реактора супроводжується не менш вражаючою ціною. Спочатку планувалося, що реактор коштуватиме близько 5 мільярдів доларів і буде запущений у 2020 році, але зараз він зазнав численних затримок, а його бюджет перевищив 22 мільярди доларів, і ще 5 мільярдів доларів пропонується на покриття додаткових витрат. Ці непередбачувані витрати і затримки стали причиною останньої, 15-річної затримки.

Термоядерний синтез

Вчені намагаються використати силу ядерного синтезу — процесу, завдяки якому горять зірки — вже понад 70 років. Зливаючи атоми водню для отримання гелію за надзвичайно високих тисків і температур, зорі виробляють величезну кількість енергії без утворення парникових газів чи довготривалих радіоактивних відходів. Але відтворити умови, що існують у серці зорі, — непросте завдання тут, на Землі.

Найпоширеніша конструкція термоядерного реактора, токамак, працює шляхом перегрівання плазми (один з чотирьох станів речовини, що складається з позитивних іонів і негативно заряджених вільних електронів) перед тим, як утримувати її всередині пончикоподібної реакторної камери з потужними магнітними полями.

Однак утримувати турбулентні та перегріті котушки плазми на місці достатньо довго, щоб відбувся ядерний синтез, дуже складно. Ще нікому не вдалося створити реактор, здатний віддавати більше енергії, ніж поглинати. Єдиним винятком став експеримент, коли вчені протягом кількох коротких секунд змогли перевищити цей поріг, але цього, зрозуміло, недостатньо.

У чому проблема

Одним із головних каменів спотикання є робота з плазмою, достатньо гарячою для синтезу. Річ у тім, що сам процес синтезу вимагає певних умов, які присутні у зорях. Зоря спалахує тоді, коли набирає достатню масу і починає розігріватися. Наприклад, якби Юпітер був трохи масивніший, він став би коричневим карликом (у яких не відбуваються термоядерні реакції, але вони вже розігріваються і світяться). А якби набрав іще більше маси, то цілком міг би перетворитися на повноцінну зорю. Таким чином для реакції потрібен тиск і температура.

На щастя, одне може замінити інше, але потрібно міняти пропорції. Якщо на Землі ми не можемо забезпечити достатній тиск, то мусимо компенсувати це вищою температурою. І ця температура повинна бути вищою, ніж у ядрі зірки.

Ядро Сонця досягає температури близько 15 мільйонів за Цельсієм, і має тиск, що приблизно в 340 мільярдів разів перевищує тиск повітря на рівні моря на Землі. Підігріти плазму до таких температур відносно легко за допомогою сучасних технологій, але знайти спосіб утримати її так, щоб вона не пропалила реактор і не зірвала реакцію термоядерного синтезу, — завдання не з простих з технічного погляду.

Вчені зараз шукають нові конструкції реакторів, які б дозволили подолати цю проблему. Наприклад, захисна оболонка з Вольфраму показала себе краще, ніж інші матеріали. Імовірно, це буде не останнім відкриттям у цій сфері, тож у майбутньому ми побачимо інші сплави для реакторів, які дозволять краще захищатися від високих температур.