МОСКВА, 30 июл, Захар Андреев. В КНР успешно испытали крупнейший в мире магнит для термоядерного реактора, преодолев ключевое препятствие на пути к созданию «искусственного Солнца». В стране бум разработок в области термоядерной энергетики. С чем это связано — в материале .
«Всегда 30 лет»
Термоядерный реактор, в отличие от ядерного, безопасен, а запас топлива для него практически неисчерпаем. Однако построить такую установку непросто. Синтез внутри Солнца происходит благодаря гравитации. Но на Земле невозможно создать такое же колоссальное давление, как в ядре звезды, поэтому вещество приходится раскаливать до температур, многократно превышающих солнечные, — 100 миллионов градусов и более. Такой жар не сможет выдержать ни один известный материал.
Советские ученые нашли выход: разработали концепцию тороидальной камеры с магнитными катушками (сокращенно: токамак) — контейнера в форме бублика, где плазму удерживает мощное магнитное поле. Однако за 70 лет с тех пор, как была озвучена эта идея, ни одного промышленного токамака так и не построили: все существующие установки — экспериментальные.
Инженерных сложностей много. Например, если плазма будет разогрета до сотен миллионов градусов, то сверхпроводящие магниты, напротив, работают при температуре около пяти кельвинов — это примерно минус 268 градусов Цельсия. Между самой горячей и самой холодной точками установки всего несколько метров.
Скептики шутят, что до появления термоядерной энергетики «всегда остается 30 лет». Однако в ближайшие годы все может измениться: человечество максимально приблизилось к созданию «искусственного Солнца». Последнее достижение на этом пути совершили в Китае — успешно испытали два самых больших сверхпроводящих магнита для токамака в мире. Приемку провел Институт физики плазмы Китайской академии наук.
«Полная локализация»
Конструкция имеет D-образную форму. Длина и ширина — 21 на 12 метров соответственно. Вес — 582 тонны. Магниты в 1,3 раза более крупные по объему и в три раза более энергоемкие, чем аналогичные конструкции Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР). Всего таких изделий будет 16, а вместе они образуют кольцо, которое создаст магнитное поле для удержания плазмы.
Кроме того, полные параметрические испытания прошла высокотемпературная сверхпроводящая центральная соленоидная катушка, которую исследователи сравнивают с «зажигательной свечой автомобильного двигателя».
Директор института Сун Юньтао подчеркивает: Китаю удалось добиться полной локализации системы — от сырья до изготовления высокотехнологичных элементов системы.
Экспериментальный сверхпроводящий токамак с горящей плазмой планируют завершить к концу 2027 года. Начало выработки термоядерной энергии намечено на 2030-й.
Реактор строится в рамках проекта CRAFT, который будет служить технологической базой для будущего демонстрационного реактора (CFEDR).
Все это — часть глобального термоядерного проекта. Сначала отрабатывают технологию — для этого международными усилиями во Франции строится реактор ИТЭР. Второй этап — создание прототипа термоядерной электростанции, которая уже будет поставлять энергию в сеть. CFEDR, как предполагается, «послужит мостом между ИТЭР и коммерческими термоядерными электростанциями».
Китай и другие
По словам директора Проектного центра ИТЭР (госкорпорация «Росатом») Анатолия Красильникова, мир сегодня переживает настоящий бум термоядерной энергетики и в Китае это особенно заметно.
«Там одновременно строятся сразу несколько установок реакторного масштаба — участвуют разные научные центры, ведомства и даже частные компании. Причина очевидна: страна с огромным населением и растущей экономикой испытывает проблемы с обычными видами топлива и нуждается в новых источниках энергии. Поэтому развитие термоядерной энергетики стало одним из национальных приоритетов», — поясняет Красильников.
Один из самых заметных проектов — токамак BEST, который возводят в городе Хэфэй. Строительство подходит к завершению. Проектная мощность — около 200 мегаватт. Для сравнения: у международного реактора ИТЭР — 500.
«Хотя китайская установка меньше по размерам, многие ее технологические решения основаны на разработках ИТЭР. Китай, как и Россия, — участник этого международного проекта, поэтому имеет доступ к технологиям, создаваемым всеми партнерами. Это касается сверхпроводящих магнитных систем, конструкции катушек, инженерных решений и многих других компонентов», — продолжает эксперт.
По словам Красильникова, термоядерную энергетику развивают все ведущие технологические страны мира.
«Так, в США строится токамак SPARC на высокотемпературных сверхпроводниках, — отмечает эксперт. — Интересно, что часть сверхпроводниковых материалов для американского проекта производят в России. На сегодняшний день отечественные технологии в этой области остаются одними из лучших в мире».
В нашей стране силами «Росатома» также развивается собственный проект токамака с реакторными технологиями. По данным руководителя Проектного центра ИТЭР, сейчас завершается разработка технического проекта, после чего планируется переход к строительству установки в Троицке, в Новой Москве. Для этого уже есть необходимая площадка и инфраструктура.
«Где-то сильнее Россия»
Мировым центром развития термоядерной энергетики по-прежнему остается международный проект ИТЭР — реактор строится во Франции при участии более чем 30 стран.
«Проект выполняет роль технологической платформы. Все участники привносят свои лучшие разработки, а затем используют полученные решения для развития собственных национальных программ. Именно поэтому мы видим столь активное развитие проектов в Европе, США, Китае и других странах. ИТЭР объединяет лучшие технологии всех участников. Где-то сильнее Россия, где-то — Япония, Европа, США, Китай или Корея. В результате создается единая технологическая база, которая позже становится основой для будущих коммерческих термоядерных реакторов», — говорит Красильников.
Кроме того, многие технологии, разработанные в рамках проекта, уже нашли применение далеко за пределами термоядерной энергетики — в медицине, космической отрасли, физике высоких энергий и других направлениях, перечисляет он.
«Для проекта ИТЭР и России это взаимовыгодный процесс. С одной стороны, страна вносит собственные уникальные разработки. С другой — получает доступ к коллективному инженерному опыту всех участников проекта. Сегодня многие технические решения, которые применяются при разработке российского токамака с реакторными технологиями, основаны на технологиях ИТЭР — либо полностью повторяют их, либо становятся их развитием. Именно участие в проекте такого масштаба позволяет стране создавать установки следующего поколения», — подчеркивает эксперт.
По словам Красильникова, несмотря на объективные сложности, сегодня проект ИТЭР реализуется с опережением на полгода.
Можно сказать, что мир вступил в эпоху глобальной энергетической гонки. Если она завершится созданием реально работающей технологии, то победу в ней одержит все человечество.
Свежие комментарии