Днес много страни участват в термоядрени изследвания. Лидерите са Европейският съюз, САЩ, Русия и Япония, докато програмите в Китай, Бразилия, Канада и Корея бързо се разширяват. Първоначално термоядрените реактори в САЩ и СССР бяха свързани с разработването на ядрени оръжия и останаха класифицирани до конференцията „Атомите за мир“, която се проведе в Женева през 1958 г. След създаването на съветския токамак изследванията в областта на ядрения синтез се превръщат в „голяма наука“ през 70-те години. Но цената и сложността на устройствата се увеличиха до точката, в която международното сътрудничество се превърна в единствения път напред.

Термоядрените реактори в света

От 70-те години на миналия век комерсиалното използване на термоядрена енергия непрекъснато се забавя с 40 години. Въпреки това, в последните годиниСлучиха се много неща, които ще позволят този период да бъде съкратен.

Построени са няколко токамака, включително европейският JET, британският MAST и експерименталният термоядрен реактор TFTR в Принстън, САЩ. Международният проект ITER в момента се изгражда в Кадараш, Франция. Това ще бъде най-големият токамак, когато започне да работи през 2020 г. През 2030 г. Китай ще построи CFETR, който ще надмине ITER. Междувременно Китай провежда изследвания върху експерименталния свръхпроводящ токамак EAST.

Друг тип термоядрен реактор, стелаторите, също е популярен сред изследователите. Един от най-големите, LHD, започна работа в Японския национален институт през 1998 г. Използва се за намиране на най-добрата магнитна конфигурация за задържане на плазмата. Германският институт "Макс Планк" извърши изследвания на реактора Wendelstein 7-AS в Гархинг между 1988 и 2002 г., а в момента и на реактора Wendelstein 7-X, чието изграждане отне повече от 19 години. Друг стеларатор TJII работи в Мадрид, Испания. В САЩ, Принстънската лаборатория (PPPL), където е построен първият реактор за синтез от този типпрез 1951 г., спря строителството на NCSX през 2008 г. поради надхвърляне на разходите и липса на финансиране.

Освен това е постигнат значителен напредък в инерционните изследвания термоядрен синтез. Изграждането на Националното съоръжение за запалване (NIF) на стойност 7 милиарда долара в Националната лаборатория в Ливърмор (LLNL), финансирано от Националната администрация за ядрена сигурност, беше завършено през март 2009 г. Френският лазерен мегаджоул (LMJ) започна работа през октомври 2014 г. Термоядрените реактори използват лазери, доставящи около 2 милиона джаула светлинна енергия в рамките на няколко милиардни от секундата към цел с размери няколко милиметра, за да предизвикат реакция на ядрен синтез. Основната мисия на NIF и LMJ е изследване в подкрепа на националните военни ядрени програми.

ITER

През 1985 г. Съветският съюз предложи изграждането на токамак от ново поколение съвместно с Европа, Япония и Съединените щати. Работата е извършена под егидата на МААЕ. Между 1988 и 1990 г. бяха създадени първите проекти за международния термоядрен експериментален реактор ITER, което също означава "път" или "пътешествие" на латински, за да се докаже, че синтезът може да произведе повече енергия, отколкото поглъща. Канада и Казахстан също участваха с посредничеството съответно на Евратом и Русия.

Шест години по-късно бордът на ITER одобри първия цялостен дизайн на реактор, базиран на установена физика и технология, струващ 6 милиарда долара. След това САЩ се оттеглиха от консорциума, което ги принуди да намалят наполовина разходите и да променят проекта. Резултатът е ITER-FEAT, който струва 3 милиарда долара, но постига самоподдържаща се реакция и положителен енергиен баланс.

През 2003 г. САЩ се присъединиха отново към консорциума, а Китай обяви желанието си да участва. В резултат на това в средата на 2005 г. партньорите се съгласиха да построят ITER в Кадараш в южната част на Франция. ЕС и Франция допринесоха с половината от 12,8 милиарда евро, докато Япония, Китай, Южна Корея, САЩ и Русия допринесоха с по 10%. Япония предостави високотехнологични компоненти, поддържаше съоръжение IFMIF на стойност 1 милиард евро, предназначено за тестване на материали, и имаше правото да построи следващия тестов реактор. Общата цена на ITER включва половината разходи за 10 години строителство и половината за 20 години експлоатация. Индия стана седмият член на ITER в края на 2005 г.

Експериментите трябва да започнат през 2018 г. с помощта на водород, за да се избегне активирането на магнитите. Използване на D-Tплазмата не се очаква преди 2026 г.

Целта на ITER е да генерира 500 MW (поне за 400 s), използвайки по-малко от 50 MW входна мощност, без да генерира електричество.

Демонстрационната електроцентрала от два гигавата на Demo ще произвежда в големи мащаби непрекъснато. Концептуалният проект на Demo ще бъде завършен до 2017 г., като строителството ще започне през 2024 г. Изстрелването ще се състои през 2033 г.

JET

През 1978 г. ЕС (Евратом, Швеция и Швейцария) стартира съвместния европейски проект JET в Обединеното кралство. Днес JET е най-големият работещ токамак в света. Подобен реактор JT-60 работи в японския Национален институт за синтез, но само JET може да използва деутериево-тритиево гориво.

Реакторът беше пуснат през 1983 г. и стана първият експеримент, който доведе до контролиран термоядрен синтез с мощност до 16 MW за една секунда и 5 MW стабилна мощност върху деутериево-тритиева плазма през ноември 1991 г. Проведени са много експерименти за изследване различни схемиотопление и други техники.

По-нататъшните подобрения на JET включват увеличаване на неговата мощност. Компактният реактор MAST се разработва съвместно с JET и е част от проекта ITER.

K-STAR

K-STAR е корейски свръхпроводящ токамак от Националния институт за изследване на синтеза (NFRI) в Даеджон, който произведе първата си плазма в средата на 2008 г. ITER, който е резултат от международно сътрудничество. Токамак с радиус от 1,8 m е първият реактор, който използва Nb3Sn свръхпроводящи магнити, същите, които са планирани за ITER. По време на първата фаза, завършена до 2012 г., K-STAR трябваше да докаже жизнеспособността на основните технологии и да постигне плазмени импулси с продължителност до 20 секунди. На втория етап (2013-2017 г.) той се модернизира за изследване на дълги импулси до 300 s в режим H и преминаване към високопроизводителен AT режим. Целта на третата фаза (2018-2023 г.) е постигане на висока производителност и ефективност в дългоимпулсен режим. На етап 4 (2023-2025 г.) ще бъдат тествани DEMO технологиите. Устройството не може да работи с тритий и Д-Т горивоне използва.

K-ДЕМО

Разработен в сътрудничество с Принстънската лаборатория по физика на плазмата (PPPL) на Министерството на енергетиката на САЩ и NFRI на Южна Корея, K-DEMO се очаква да бъде следващата стъпка в развитието на търговски реактор след ITER и ще бъде първата електроцентрала, способна да генерира енергия в електрическа мрежа, а именно 1 милион kW в рамките на няколко седмици. Той ще бъде с диаметър 6,65 м и ще има модул за зона за възпроизвеждане, създаден като част от проекта DEMO. Корейското министерство на образованието, науката и технологиите планира да инвестира около трилион корейски вона (941 милиона долара) в него.

ИЗТОК

Китайският експериментален усъвършенстван свръхпроводящ токамак (EAST) в Института по физика на Китай в Хефей създаде водородна плазма при температура от 50 милиона °C и я поддържаше в продължение на 102 s.

TFTR

В американската лаборатория PPPL експерименталният термоядрен реактор TFTR работи от 1982 до 1997 г. През декември 1993 г. TFTR стана първият магнитен токамак, който проведе обширни експерименти с деутериево-тритиева плазма. IN следващата годинареакторът произвежда рекордните за онова време 10,7 MW контролируема мощност, а през 1995 г. е постигнат температурен рекорд от 510 милиона °C. Съоръжението обаче не постигна целта за рентабилност на термоядрената енергия, но успешно изпълни целите на хардуерния дизайн, като даде значителен принос за развитието на ITER.

LHD

LHD в японския Национален институт за синтез в Токи, префектура Гифу беше най-големият стеларатор в света. Термоядреният реактор беше пуснат през 1998 г. и демонстрира свойства за задържане на плазмата, сравними с други големи съоръжения. Постигнати са йонна температура от 13,5 keV (около 160 милиона °C) и енергия от 1,44 MJ.

Венделщайн 7-X

След една година тестове, които започнаха в края на 2015 г., температурите на хелия за кратко достигнаха 1 милион °C. През 2016 г. реактор за синтез на водородна плазма, използващ 2 MW мощност, достигна температура от 80 милиона °C в рамките на четвърт секунда. W7-X е най-големият стеларатор в света и се планира да работи непрекъснато в продължение на 30 минути. Цената на реактора беше 1 милиард евро.

NIF

Националното съоръжение за запалване (NIF) в Националната лаборатория в Ливърмор (LLNL) беше завършено през март 2009 г. Използвайки своите 192 лазерни лъча, NIF е в състояние да концентрира 60 пъти повече енергия от всяка предишна лазерна система.

Студен синтез

През март 1989 г. двама изследователи, американецът Стенли Понс и британецът Мартин Флейшман, обявиха, че са пуснали обикновен настолен реактор за студен синтез, работещ при стайна температура. Процесът включва електролиза на тежка вода с помощта на паладиеви електроди, върху които деутериевите ядра са концентрирани до висока плътност. Изследователите казват, че произвежда топлина, която може да бъде обяснена само от гледна точка на ядрени процеси, и има странични продукти от синтеза, включително хелий, тритий и неутрони. Други експериментатори обаче не успяха да повторят този експеримент. По-голямата част от научната общност не вярва, че реакторите за студен синтез са реални.

Ядрени реакции с ниска енергия

Инициирани от твърдения за "студен синтез", изследванията продължават в нискоенергийната област с известна емпирична подкрепа, но без общоприето научно обяснение. Очевидно слабите ядрени взаимодействия се използват за създаване и улавяне на неутрони (а не мощна сила, както при синтеза им). Експериментите включват водород или деутерий, преминаващи през каталитичен слой и реагиращи с метал. Изследователите съобщават за наблюдавано освобождаване на енергия. Основен практически примере взаимодействието на водород с никелов прах с отделяне на топлина, чието количество е по-голямо от това, което може да произведе всяка химическа реакция.

Втората половина на 20 век е период на бурно развитие на ядрената физика. Стана ясно, че ядрените реакции могат да се използват за производство на огромна енергия от малки количества гориво. От експлозията на първия ядрена бомбаМинаха само девет години преди първата атомна електроцентрала и когато водородната бомба беше тествана през 1952 г., имаше прогнози, че термоядрените електроцентрали ще влязат в експлоатация през 60-те години. Уви, тези надежди не се оправдаха.

Термоядрени реакции От всички термоядрени реакции само четири представляват интерес в близко бъдеще: деутерий + деутерий (продукти - тритий и протон, освободена енергия 4,0 MeV), деутерий + деутерий (хелий-3 и неутрон, 3,3 MeV), деутерий + тритий (хелий-4 и неутрон, 17,6 MeV) и деутерий + хелий-3 (хелий-4 и протон, 18,2 MeV). Първата и втората реакция протичат паралелно с еднаква вероятност. Получените тритий и хелий-3 "изгарят" в третата и четвъртата реакция

Основният източник на енергия за човечеството днес е изгарянето на въглища, нефт и газ. Но техните запаси са ограничени, а продуктите от горенето замърсяват околната среда. Въглищна електроцентрала произвежда повече радиоактивни емисии от ядрена централа със същата мощност! Тогава защо все още не сме преминали към ядрени енергийни източници? Има много причини за това, но основната е напоследъксе превърна в радиофобия. Въпреки факта, че въглищна електроцентрала, дори при нормална работа, е много вредна за здравето Повече ▼хора, отколкото аварийните емисии в атомните електроцентрали, то го прави тихо и незабелязано от обществеността. Авариите в атомните електроцентрали веднага се превръщат в основната новина в медиите, предизвиквайки обща паника (често напълно неоснователна). Това обаче не означава, че ядрената енергетика няма обективни проблеми. Радиоактивните отпадъци причиняват много проблеми: технологиите за работа с тях все още са изключително скъпи и идеалната ситуация, когато всички те ще бъдат напълно рециклирани и използвани, все още е далеч.

От всички термоядрени реакции само четири представляват интерес в близко бъдеще: деутерий + деутерий (продукти - тритий и протон, освободена енергия 4,0 MeV), деутерий + деутерий (хелий-3 и неутрон, 3,3 MeV), деутерий + тритий ( хелий -4 и неутрон, 17,6 MeV) и деутерий + хелий-3 (хелий-4 и протон, 18,2 MeV). Първата и втората реакция протичат паралелно с еднаква вероятност. Получените тритий и хелий-3 "изгарят" в третата и четвъртата реакция.

От делене към синтез

Потенциално решение на тези проблеми е преходът от реактори на делене към реактори на термоядрен синтез. Докато типичният реактор на делене съдържа десетки тонове радиоактивно гориво, което се превръща в десетки тонове радиоактивни отпадъци, съдържащи голямо разнообразие от радиоактивни изотопи, термоядреният реактор използва само стотици грама, максимум килограми, от един радиоактивен изотоп на водорода, тритий. В допълнение към факта, че реакцията изисква незначително количество от този най-малко опасен радиоактивен изотоп, неговото производство също се планира да се извършва директно в електроцентралата, за да се минимизират рисковете, свързани с транспортирането. Продуктите на синтеза са стабилни (нерадиоактивни) и нетоксични водород и хелий. Освен това, за разлика от реакцията на делене, термоядрената реакция незабавно спира, когато инсталацията бъде унищожена, без да създава опасност от термична експлозия. Тогава защо все още не е построена нито една действаща термоядрена електроцентрала? Причината е, че изброените предимства неминуемо водят до недостатъци: създаването на условия за синтез се оказа много по-трудно от първоначалните очаквания.

Критерий на Лоусън

За да бъде една термоядрена реакция енергийно изгодна, е необходимо да се осигури достатъчно висока температура на термоядреното гориво, достатъчно висока плътност и достатъчно ниски загуби на енергия. Последните се характеризират числено с така нареченото „време на задържане“, което е равно на съотношението на топлинната енергия, съхранявана в плазмата, към мощността на загуба на енергия (много хора погрешно смятат, че „времето на задържане“ е времето, през което в инсталацията се поддържа гореща плазма, но това не е така) . При температура на смес от деутерий и тритий, равна на 10 keV (приблизително 110 000 000 градуса), трябва да получим произведението от броя на горивните частици в 1 cm 3 (т.е. плазмена концентрация) и времето на задържане (в секунди) от поне 10 14. Няма значение дали имаме плазма с концентрация 1014 cm -3 и време на задържане 1 s, или плазма с концентрация 10 23 и време на задържане 1 ns. Този критерий се нарича критерий на Лоусън.
В допълнение към критерия на Лоусън, който е отговорен за получаване на енергийно благоприятна реакция, има и критерий за запалване на плазмата, който за реакцията деутерий-тритий е приблизително три пъти по-голям от критерия на Лоусън. „Запалване“ означава, че частта от термоядрената енергия, която остава в плазмата, ще бъде достатъчна за поддържане на необходимата температура и повече няма да е необходимо допълнително нагряване на плазмата.

Z-щипка

Първото устройство, в което беше планирано да се получи контролирана термоядрена реакция, беше така нареченият Z-пинч. В най-простия случай тази инсталация се състои само от два електрода, разположени в среда на деутерий (водород-2) или смес от деутерий и тритий, и батерия от импулсни кондензатори с високо напрежение. На пръв поглед изглежда, че прави възможно получаването на компресирана плазма, нагрята до огромни температури: точно това, което е необходимо за термична ядрена реакция! Но в живота всичко се оказа, уви, далеч от толкова розово. Плазменото въже се оказа нестабилно: най-малкото огъване води до засилване на магнитното поле от едната страна и отслабване от другата; получените сили допълнително увеличават огъването на въжето - и цялата плазма „изпада“ върху него страничната стена на камерата. Въжето не само е нестабилно на огъване, но и най-малкото му изтъняване води до увеличаване на магнитното поле в тази част, което още повече компресира плазмата, притискайки я в останалия обем на въжето, докато накрая въжето се „изцеди“ .” Компресираната част има високо електрическо съпротивление, така че токът се прекъсва, магнитното поле изчезва и цялата плазма се разсейва.

Принципът на действие на Z-пинча е прост: електрически ток генерира пръстеновидно магнитно поле, което взаимодейства със същия ток и го компресира. В резултат на това се увеличава плътността и температурата на плазмата, през която протича токът.

Възможно е да се стабилизира плазменият сноп чрез прилагане на мощно външно магнитно поле към него, успоредно на тока, и поставянето му в дебел проводим корпус (когато плазмата се движи, магнитното поле също се движи, което индуцира електрически ток в корпус, стремящ се да върне плазмата на мястото й). Плазмата спря да се огъва и прищипва, но все още беше далеч от термоядрена реакция в някакъв сериозен мащаб: плазмата докосва електродите и им предава топлината си.

Съвременни произведенияв областта на Z-пинч синтеза те предлагат друг принцип за създаване на термоядрена плазма: ток протича през волфрамова плазмена тръба, която създава мощни рентгенови лъчи, които компресират и нагряват капсула с термоядрено гориво, разположена вътре в плазмената тръба, подобно на какво се случва в термоядрена бомба. Тези работи обаче имат чисто изследователски характер (изучават се механизмите на действие на ядрените оръжия), а освобождаването на енергия в този процес все още е милиони пъти по-малко от потреблението.

Колкото по-малко е отношението на големия радиус на тора на токамака (разстоянието от центъра на целия торус до центъра на напречното сечение на неговата тръба) към малкия (радиуса на напречното сечение на тръбата), толкова по-голямо плазмено налягане може да бъде под същото магнитно поле. Чрез намаляване на това съотношение учените преминаха от кръгло напречно сечение на плазмата и вакуумна камерадо D-образна (в този случай ролята на малкия радиус играе половината от височината на сечението). Всички съвременни токамаци имат точно тази форма на напречно сечение. Ограничаващият случай беше така нареченият „сферичен токамак“. В такива токамаци вакуумната камера и плазмата имат почти сферична форма, с изключение на тесен канал, свързващ полюсите на сферата. Проводниците на магнитните намотки преминават през канала. Първият сферичен токамак START се появи едва през 1991 г., така че това е доста младо направление, но вече показа възможността за получаване на същото плазмено налягане с три пъти по-ниско магнитно поле.

Коркова камера, стеларатор, токамак

Друг вариант за създаване на необходимите условия за реакцията са така наречените отворени магнитни капани. Най-известният от тях е „корковата бутилка“: тръба с надлъжен магнитно поле, която се засилва в краищата си и отслабва в средата. Полето, увеличено в краищата, създава „магнитна тапа“ (оттук и руското име) или „магнитно огледало“ (на английски - огледална машина), което предпазва плазмата от напускане на инсталацията през краищата. Такова задържане обаче е непълно; някои заредени частици, движещи се по определени траектории, могат да преминат през тези задръствания. И в резултат на сблъсъци всяка частица рано или късно ще падне върху такава траектория. Освен това плазмата в огледалната камера също се оказа нестабилна: ако на някое място малка част от плазмата се отдалечи от оста на инсталацията, възникват сили, които изхвърлят плазмата върху стената на камерата. Въпреки че основната идея на огледалната клетка беше значително подобрена (което направи възможно намаляването както на нестабилността на плазмата, така и на пропускливостта на огледалата), на практика дори не беше възможно да се доближат параметрите, необходими за енергийно благоприятен синтез .

Възможно ли е да се гарантира, че плазмата не излиза през „тапите“? Изглежда, че очевидното решение е да навиете плазмата в пръстен. Тогава обаче магнитното поле вътре в пръстена е по-силно, отколкото отвън, и плазмата отново се стреми да отиде до стената на камерата. Изходът от тази трудна ситуация също изглеждаше доста очевиден: вместо пръстен, направете „осмица“, тогава в една секция частицата ще се отдалечи от оста на инсталацията, а в друга ще се върне обратно. Така учените стигнаха до идеята за първия стеларатор. Но такава „осмица” не може да бъде направена в една равнина, така че трябваше да използваме третото измерение, огъвайки магнитното поле във втората посока, което също доведе до постепенно движение на частиците от оста към стената на камерата.

Ситуацията се промени драматично със създаването на инсталации от типа на токамак. Резултатите, получени в токамака Т-3 през втората половина на 60-те години на миналия век, бяха толкова зашеметяващи за онова време, че западни учени дойдоха в СССР със своето измервателно оборудване, за да проверят сами параметрите на плазмата. Реалността дори надмина очакванията им.

Тези фантастично преплетени тръби не са арт проект, а стелараторна камера, огъната в сложна триизмерна крива.

В ръцете на инерцията

В допълнение към магнитното задържане, има фундаментално различен подход към термоядрения синтез - инерционно задържане. Ако в първия случай се опитваме да поддържаме плазмата при много ниска концентрация за дълго време (концентрацията на молекули във въздуха около вас е стотици хиляди пъти по-висока), то във втория случай компресираме плазмата до огромна плътност, с порядък по-висока от плътността на най-тежките метали, в очакването, че реакцията ще има време да премине за това кратко време, преди плазмата да има време да се разпръсне на страни.

Първоначално през 60-те години планът беше да се използва малка топка от замразено термоядрено гориво, равномерно облъчено от всички страни от множество лазерни лъчи. Повърхността на топката трябваше моментално да се изпари и, разширявайки се равномерно във всички посоки, да компресира и нагрява останалата част от горивото. На практика обаче облъчването се оказва недостатъчно равномерно. В допълнение, част от радиационната енергия се прехвърля към вътрешните слоеве, което ги кара да се нагряват, което прави компресията по-трудна. В резултат на това топката се компресира неравномерно и слабо.

Съществуват редица съвременни конфигурации на стеларатори, всички от които са близки до тор. Една от най-често срещаните конфигурации включва използването на намотки, подобни на намотките с полоидно поле на токамаците, и четири до шест проводника, усукани около вакуумна камера с многопосочен ток. Сложното магнитно поле, създадено по този начин, позволява плазмата да бъде надеждно задържана, без да е необходимо през нея да протича пръстеновиден електрически ток. В допълнение, стелараторите могат също да използват намотки с тороидално поле, като токамаците. И може да няма спирални проводници, но тогава "тороидалните" бобини на полето са инсталирани по сложна триизмерна крива. Последните разработки в областта на стелараторите включват използването на магнитни бобини и вакуумна камера много сложна форма(много „намачкан“ тор), изчислен на компютър.

Проблемът с неравностите беше решен чрез значителна промяна на дизайна на целта. Сега топката е поставена в специална малка метална камера (нарича се „холраум“, от немски hohlraum - кухина) с отвори, през които лазерните лъчи влизат вътре. Освен това се използват кристали, които преобразуват IR лазерното лъчение в ултравиолетово. Тази UV радиация се абсорбира най-тънкия слой hohlraum материал, който се нагрява до огромни температури и излъчва в меката рентгенова област. На свой ред рентгеновото лъчение се абсорбира от тънък слой върху повърхността на горивната капсула (топка с гориво). Това също позволи да се реши проблемът с преждевременното нагряване на вътрешните слоеве.

Мощността на лазерите обаче се оказва недостатъчна, за да реагира забележима част от горивото. Освен това ефективността на лазерите беше много ниска, само около 1%. За да бъде термоядреният синтез енергийно полезен при такава ниска лазерна ефективност, почти цялото компресирано гориво трябваше да реагира. Когато се опитват да заменят лазерите с лъчи от леки или тежки йони, които могат да бъдат генерирани с много по-голяма ефективност, учените също срещат много проблеми: леките йони се отблъскват взаимно, което им пречи да се фокусират, и се забавят при сблъсък с остатъчни газ в камерата и ускорители Не беше възможно да се създадат тежки йони с необходимите параметри.

Магнетични перспективи

Повечето от надеждите в областта на термоядрената енергия сега се крият в токамаците. Особено след като отвориха режим с подобрено задържане. Токамак е както Z-щипка, навита в пръстен (пръстенообразен електрически ток протича през плазмата, създавайки магнитно поле, необходимо за задържането й), така и последователност от огледални клетки, сглобени в пръстен и създаващи „гофриран“ тороидален магнитен поле. В допълнение, поле, перпендикулярно на равнината на тора, създадено от няколко отделни намотки, се наслагва върху тороидалното поле на намотките и полето на плазмения ток. Това допълнително поле, наречено полоидално, засилва магнитното поле на плазмения ток (също полоидално) от външната страна на тора и го отслабва от вътре. Така общото магнитно поле от всички страни на плазменото въже се оказва еднакво, а позицията му остава стабилна. Чрез промяна на това допълнително поле е възможно плазменият сноп да се движи вътре във вакуумната камера в определени граници.

Фундаментално различен подход към синтеза се предлага от концепцията за мюонна катализа. Мюонът е нестабилна елементарна частица, която има същия заряд като електрона, но 207 пъти по-голяма маса. Един мюон може да замести електрон във водороден атом и размерът на атома намалява с фактор 207. Това позволява на едно водородно ядро ​​да се приближи до друго, без да изразходва енергия. Но за производството на един мюон се изразходват около 10 GeV енергия, което означава, че е необходимо да се извършат няколко хиляди реакции на синтез на мюон, за да се получат енергийни ползи. Поради възможността мюонът да се „залепи“ към образувания в реакцията хелий, повече от няколкостотин реакции все още не са постигнати. Снимката показва сглобяването на стеларатора Wendelstein з-х институтплазмените физици Макс Планк.

Важен въпросТокамаците отдавна имат нужда от създаване на пръстенов ток в плазмата. За да направите това, през централния отвор на торуса на токамак беше прекарана магнитна верига, магнитният поток в която непрекъснато се променяше. Промяната в магнитния поток води до вихър електрическо поле, който йонизира газа във вакуумна камера и поддържа ток в получената плазма. Токът в плазмата обаче трябва да се поддържа непрекъснато, което означава, че магнитният поток трябва непрекъснато да се променя в една посока. Това, разбира се, е невъзможно, така че токът в токамаците може да се поддържа само за ограничено време (от части от секундата до няколко секунди). За щастие беше открит така нареченият ток на зареждане, който възниква в плазма без външно вихрово поле. Освен това са разработени методи за нагряване на плазмата, като едновременно с това се индуцира необходимия пръстенов ток в нея. Заедно това осигури потенциал за поддържане на гореща плазма толкова дълго, колкото желаете. На практика рекордът в момента принадлежи на токамака Tore Supra, където плазмата непрекъснато „гори“ повече от шест минути.

Вторият тип инсталация за ограничаване на плазмата, която е много обещаваща, са стелараторите. През последните десетилетия дизайнът на стелараторите се промени драматично. Почти нищо не остана от оригиналните „осем“ и тези инсталации станаха много по-близо до токамаците. Въпреки че времето на задържане на стелараторите е по-кратко от това на токамаците (поради по-малко ефективния Н-режим), а цената на изграждането им е по-висока, поведението на плазмата в тях е по-спокойно, което означава по-дълъг живот на първия вътрешната стена на вакуумната камера. За търговското развитие на термоядрения синтез този фактор е от голямо значение.

Избор на реакция

На пръв поглед най-логично е да се използва чист деутерий като термоядрено гориво: той е сравнително евтин и безопасен. Деутерият обаче реагира с деутерий сто пъти по-малко лесно, отколкото с тритий. Това означава, че за работа на реактор със смес от деутерий и тритий е достатъчна температура от 10 keV, а за работа с чист деутерий е необходима температура над 50 keV. И колкото по-висока е температурата, толкова по-големи са загубите на енергия. Следователно, поне за първи път, се планира да се изгради термоядрена енергия с помощта на деутериево-тритиево гориво. Тритий ще се произвежда в самия реактор поради облъчване с бързите литиеви неутрони, произведени в него.
„Грешни“ неутрони. В култовия филм "9 дни от една година" главен герой, докато работи в термоядрена инсталация, получи сериозна доза неутронно лъчение. По-късно обаче се оказа, че тези неутрони не са получени в резултат на реакция на синтез. Това не е изобретение на режисьора, а реален ефект, наблюдаван при Z-щипки. В момента на прекъсване на електрическия ток, индуктивността на плазмата води до генериране на огромно напрежение - милиони волта. Индивидуалните водородни йони, ускорени в това поле, са в състояние буквално да избият неутроните от електродите. Първоначално това явление наистина беше прието като сигурен знак за термоядрена реакция, но последващият анализ на енергийния спектър на неутроните показа, че те имат различен произход.
Подобрен режим на задържане. H-режимът на токамак е режим на неговата работа, когато при висока мощност на допълнително нагряване загубите на плазмена енергия рязко намаляват. Случайното откритие на режима на подобрено задържане през 1982 г. е толкова важно, колкото изобретяването на самия токамак. Все още няма общоприета теория за това явление, но това не пречи да се използва на практика. Всички съвременни токамаци работят в този режим, тъй като той намалява загубите повече от половината. Впоследствие подобен режим е открит в стелараторите, което показва, че това обща собственосттороидалните системи обаче подобряват задържането само с около 30%.
Плазмено нагряване. Има три основни метода за нагряване на плазмата до термоядрени температури. Омичното нагряване е нагряването на плазмата поради протичането на електрически ток през нея. Този метод е най-ефективен в първите етапи, тъй като с повишаване на температурата електрическото съпротивление на плазмата намалява. Електромагнитното нагряване използва електромагнитни вълни с честота, която съответства на честотата на въртене около линиите на магнитното поле на електрони или йони. Чрез инжектиране на бързи неутрални атоми се създава поток от отрицателни йони, които след това се неутрализират, превръщайки се в неутрални атоми, които могат да преминат през магнитното поле до центъра на плазмата, за да пренесат енергията си там.
Това реактори ли са? Тритият е радиоактивен и мощното неутронно облъчване от D-T реакцията създава индуцирана радиоактивност в конструктивните елементи на реактора. Налага се да използваме роботи, което усложнява работата. В същото време поведението на плазма от обикновен водород или деутерий е много близко до поведението на плазма от смес от деутерий и тритий. Това доведе до факта, че през цялата история само две термоядрени инсталации работят изцяло със смес от деутерий и тритий: токамаците TFTR и JET. В други инсталации дори деутерий не винаги се използва. Така че наименованието „термоядрен“ в дефиницията на дадено съоръжение изобщо не означава, че в него наистина са протичали термоядрени реакции (а в тези, които се случват, почти винаги се използва чист деутерий).
Хибриден реактор. D-T реакцияпроизвежда 14 MeV неутрони, които могат да разцепят дори обеднен уран. Деленето на едно ураново ядро ​​е придружено от освобождаване на приблизително 200 MeV енергия, което е повече от десет пъти повече от енергията, освободена по време на синтеза. Така че съществуващите токамаци биха могли да станат енергийно полезни, ако са заобиколени от уранова обвивка. В сравнение с реакторите на делене, такива хибридни реактори биха имали предимството да предотвратяват развитието на неконтролирана верижна реакция в тях. В допълнение, изключително интензивните неутронни потоци трябва да превърнат дългоживеещите продукти на делене на уран в краткотрайни, което значително намалява проблема с изхвърлянето на отпадъците.

Инерционни надежди

Инерционният синтез също не стои неподвижен. През десетилетията на развитие на лазерната технология се появиха перспективи за увеличаване на ефективността на лазерите приблизително десет пъти. И на практика силата им е увеличена стотици и хиляди пъти. Работи се и върху ускорители на тежки йони с параметри, подходящи за термоядрено използване. В допълнение, концепцията за „бързо запалване“ е критичен фактор в напредъка в областта на инерционния синтез. Той включва използването на два импулса: единият компресира термоядреното гориво, а другият загрява малка част от него. Предполага се, че реакцията, която започва в малка част от горивото, впоследствие ще се разпространи по-нататък и ще обхване цялото гориво. Този подход прави възможно значително намаляване на енергийните разходи и следователно прави реакцията печеливша с по-малка част от реагиралото гориво.

Проблеми с токамак

Въпреки напредъка на инсталациите от друг тип, токамаците в момента все още остават извън конкуренцията: ако два токамака (TFTR и JET) през 90-те години действително произвеждат освобождаване на термоядрена енергия, приблизително равно на потреблението на енергия за нагряване на плазмата (дори въпреки че такъв режим продължи само около секунда), тогава нищо подобно не можеше да се постигне с други видове инсталации. Дори простото увеличаване на размера на токамаците ще доведе до възможността за енергийно благоприятен синтез в тях. В момента във Франция се строи международният реактор ITER, който ще трябва да демонстрира това на практика.

Токамаците обаче също имат проблеми. ITER струва милиарди долари, което е неприемливо за бъдещи търговски реактори. Нито един реактор не е работил непрекъснато дори няколко часа, да не говорим за седмици и месеци, което отново е необходимо за индустриални приложения. Все още няма сигурност, че материалите на вътрешната стена на вакуумната камера ще могат да издържат на продължително излагане на плазма.

Концепцията за токамак със силно поле може да направи проекта по-евтин. Чрез увеличаване на полето от два до три пъти се планира да се получат необходимите параметри на плазмата в сравнително малка инсталация. Тази концепция, по-специално, е в основата на реактора Ignitor, който, заедно с италиански колеги, сега започва да се изгражда в TRINIT (Тринити институт за иновации и термоядрени изследвания) близо до Москва. Ако изчисленията на инженерите се сбъднат, тогава на цена, многократно по-ниска от ITER, ще бъде възможно запалването на плазма в този реактор.

Напред към звездите!

Продуктите от термоядрената реакция се разпръскват в различни странисъс скорости от хиляди километри в секунда. Това прави възможно създаването на свръхефективни ракетни двигатели. Техният специфичен импулс ще бъде по-висок от този на най-добрите електрически реактивни двигатели, а консумацията им на енергия дори може да бъде отрицателна (теоретично е възможно да се генерира, а не да се консумира енергия). Освен това има всички основания да се смята, че създаването на термоядрен ракетен двигател ще бъде дори по-лесно от наземния реактор: няма проблем със създаването на вакуум, с топлоизолацията на свръхпроводящите магнити, няма ограничения за размерите и т.н. Освен това генерирането на електричество от двигателя е желателно, но изобщо не е необходимо, достатъчно е той да не консумира твърде много от него.

Електростатично задържане

Концепцията за електростатично задържане на йони се разбира най-лесно чрез настройка, наречена фузор. Базира се на сферичен мрежест електрод, към който се прилага отрицателен потенциал. Йоните, ускорени в отделен ускорител или от полето на самия централен електрод, попадат вътре в него и се задържат там от електростатично поле: ако един йон се стреми да излети, полето на електрода го връща обратно. За съжаление, вероятността йон да се сблъска с мрежа е много порядъци по-висока от вероятността да влезе в реакция на синтез, което прави невъзможна енергийно благоприятна реакция. Такива инсталации са намерили приложение само като източници на неутрони.
В опит да направят сензационно откритие много учени се стремят да видят синтез навсякъде, където е възможно. В пресата има множество съобщения относно различни варианти за така наречения „студен синтез“. Синтезът е открит в метали, „импрегнирани“ с деутерий, когато през тях протича електрически ток, по време на електролиза на течности, наситени с деутерий, при образуване на кавитационни мехурчета в тях, както и в други случаи. Повечето от тези експерименти обаче не са имали задоволителна възпроизводимост в други лаборатории и техните резултати почти винаги могат да бъдат обяснени без използването на синтез.
Продължавайки „славната традиция“, която започна с „философския камък“ и след това се превърна в „ вечен двигател“, много съвременни измамници вече предлагат да закупят от тях „генератор на студен синтез“, „кавитационен реактор“ и други „генератори без гориво“: всички вече са забравили за философския камък, не вярват във вечното движение, но ядреният синтез сега звучи доста убедително. Но, уви, в действителност такива енергийни източници все още не съществуват (и когато могат да бъдат създадени, това ще бъде във всички новини). Така че имайте предвид: ако ви предложат да закупите устройство, което генерира енергия чрез студен ядрен синтез, тогава те просто се опитват да ви „измамят“!

Според предварителните оценки дори при сегашното ниво на технологиите е възможно да се създаде термоядрен ракетен двигателда летят до планетите слънчева система(с подходящо финансиране). Овладяването на технологията на такива двигатели ще увеличи десетократно скоростта на пилотираните полети и ще позволи да има големи резервни запаси от гориво на борда, което ще направи полета до Марс не по-труден от работата на МКС сега. Скорости от 10% от скоростта на светлината потенциално ще станат достъпни за автоматични станции, което означава, че ще бъде възможно да се изпращат изследователски сонди до близките звезди и да се получават научни данни по време на живота на техните създатели.

Концепцията за термоядрен ракетен двигател, базиран на инерционен синтез, в момента се счита за най-разработена. Разликата между двигателя и реактора е в магнитното поле, което насочва заредените продукти на реакцията в една посока. Вторият вариант включва използването на отворен капан, при който един от щепселите е умишлено отслабен. Изтичащата от него плазма ще създаде реактивна сила.

Термоядрено бъдеще

Овладяването на термоядрения синтез се оказа много по-трудно, отколкото изглеждаше в началото. И въпреки че много проблеми вече са решени, останалите ще са достатъчни за следващите няколко десетилетия упорита работа на хиляди учени и инженери. Но перспективите, които ни откриват трансформациите на изотопите на водород и хелий, са толкова големи, а изминатият път вече е толкова значителен, че няма смисъл да спираме наполовина. Без значение какво казват много скептици, бъдещето несъмнено е в синтеза.

Човечеството постепенно се доближава до границата на необратимото изчерпване на въглеводородните ресурси на Земята. Почти два века извличаме нефт, газ и въглища от недрата на планетата и вече е ясно, че запасите им се изчерпват с огромна скорост. Водещите страни в света отдавна мислят за създаването на нов източник на енергия, екологичен, безопасен от гледна точка на експлоатация, с огромни запаси от гориво.

Термичен реактор

Днес много се говори за използването на така наречените алтернативни видове енергия - възобновяеми източници под формата на фотоволтаици, вятърна енергия и водна енергия. Очевидно е, че поради свойствата си тези направления могат да действат само като спомагателни източници на енергия.

Като дългосрочна перспектива за човечеството може да се разглежда само енергията, базирана на ядрени реакции.

От една страна, все повече държави проявяват интерес към изграждането на ядрени реактори на своя територия. Но все пак належащ проблем за ядрената енергетика е преработката и погребването на радиоактивни отпадъци, а това се отразява на икономическите и екологични показатели. Още в средата на 20-ти век водещите световни физици, в търсене на нови видове енергия, се обърнаха към източника на живот на Земята - Слънцето, в чиито дълбини, при температура от около 20 милиона градуса, протичат реакции на синтез (сливане) на леки елементи се осъществява с освобождаване на колосална енергия.

Местните специалисти се справиха най-добре със задачата да разработят съоръжение за осъществяване на реакции на ядрен синтез в земни условия. Знанията и опитът в областта на контролирания термоядрен синтез (CTF), получени в Русия, залегнаха в основата на проекта, който без преувеличение е енергийната надежда на човечеството - Международният експериментален термоядрен реактор (ITER), който се разработва построен в Кадараш (Франция).

История на термоядрения синтез

Първите термоядрени изследвания започнаха в страни, работещи по своите програми за атомна защита. Това не е изненадващо, тъй като в зората на атомната ера основната цел на появата на деутериеви плазмени реактори беше изследването на физическите процеси в гореща плазма, познаването на които беше необходимо, наред с други неща, за създаването на термоядрени оръжия . Според разсекретени данни СССР и САЩ започват почти едновременно през 50-те години. работа по UTS. Но в същото време има исторически доказателства, че през 1932 г. старият революционер и близък приятел на лидера на световния пролетариат Николай Бухарин, който по това време заема поста председател на комитета на Висшия икономически съвет и следва развитие на съветската наука, предложи да се стартира проект в страната за изследване на контролирани термоядрени реакции.

Историята на съветския термоядрен проект не е без забавен факт. Бъдещият известен академик и създател на водородната бомба Андрей Дмитриевич Сахаров е вдъхновен от идеята за магнитна топлоизолация на високотемпературна плазма от писмо от войник от съветската армия. През 1950 г. сержант Олег Лаврентиев, който служи на Сахалин, изпраща писмо до Централния комитет на Всесъюзната комунистическа партия, в което предлага да се използва деутерид литий-6 вместо втечнен деутерий и тритий във водородна бомба, както и да се създаде система с електростатично задържане на гореща плазма за осъществяване на контролиран термоядрен синтез. Писмото е прегледано от тогавашния млад учен Андрей Сахаров, който пише в рецензията си, че „счита за необходимо да има подробно обсъждане на проекта на другаря Лаврентиев“.

Още през октомври 1950 г. Андрей Сахаров и неговият колега Игор Там направиха първите оценки на магнитен термоядрен реактор (MTR). Първата тороидална инсталация със силно надлъжно магнитно поле, базирана на идеите на И. Тамм и А. Сахаров, е построена през 1955 г. в ЛИПАН. Наричаше се TMP - тор с магнитно поле. Следващите инсталации вече се наричат ​​ТОКАМАК, след комбинацията от началните срички във фразата „ТОРИДАЛНА КАМЕРА МАГНИТНА БОБИНА“. В неговия класическа версияТокамак е тороидална камера с форма на поничка, поставена в тороидално магнитно поле. От 1955 до 1966г В Института Курчатов са построени 8 такива инсталации, върху които са проведени много различни изследвания. Ако преди 1969 г. токамак е построен извън СССР само в Австралия, то през следващите години те са построени в 29 страни, включително САЩ, Япония, европейски страни, Индия, Китай, Канада, Либия, Египет. Общо към днешна дата в света са построени около 300 токамака, включително 31 в СССР и Русия, 30 в САЩ, 32 в Европа и 27 в Япония. Всъщност три държави - СССР, Великобритания и САЩ - бяха въвлечени в негласно състезание, за да видят кой пръв ще използва плазмата и всъщност ще започне да произвежда енергия "от вода".

Най-важното предимство на термоядрения реактор е намаляването на радиационната биологична опасност приблизително хиляда пъти в сравнение с всички съвременни ядрени енергийни реактори.

Термоядреният реактор не отделя CO2 и не произвежда „тежки“ радиоактивни отпадъци. Този реактор може да бъде поставен навсякъде и навсякъде.

Стъпка от половин век

През 1985 г. академик Евгений Велихов от името на СССР предлага учени от Европа, САЩ и Япония да работят заедно за създаването на термоядрен реактор, а още през 1986 г. в Женева е постигнато споразумение за дизайна на инсталацията, която по-късно получи името ITER. През 1992 г. партньорите подписаха четиристранно споразумение за разработване на инженерен проект за реактора. Първият етап от строителството е планирано да приключи до 2020 г., когато се планира да се получи първата плазма. През 2011 г. започна реално строителство на площадката на ITER.

Дизайнът на ITER следва класическия руски токамак, разработен през 60-те години на миналия век. Предвижда се на първия етап реакторът да работи в импулсен режим с мощност на термоядрените реакции 400–500 MW, на втория етап ще се тества непрекъснатата работа на реактора, както и системата за възпроизвеждане на тритий. .

Не напразно реакторът ITER се нарича енергийното бъдеще на човечеството. Първо, това е най-големият научен проект в света, защото във Франция той се изгражда от почти целия свят: участват ЕС + Швейцария, Китай, Индия, Япония, Южна Корея, Русия и САЩ. Споразумението за изграждането на инсталацията беше подписано през 2006 г. Европейските страни участват с около 50% от финансирането на проекта, Русия представлява приблизително 10% от общата сума, която ще бъде инвестирана под формата на високотехнологично оборудване. Но най-важният принос на Русия е самата технология на токамак, която е в основата на реактора ITER.

Второ, това ще бъде първият мащабен опит да се използва термоядрената реакция, която протича в Слънцето, за генериране на електричество. Трето, това научна работатрябва да донесе много практически резултати и до края на века светът очаква появата на първия прототип на комерсиална термоядрена електроцентрала.

Учените предполагат, че първата плазма в международния експериментален термоядрен реактор ще бъде произведена през декември 2025 г.

Защо буквално цялата световна научна общност започна да строи такъв реактор? Факт е, че много технологии, които се планира да бъдат използвани при изграждането на ITER, не принадлежат на всички страни наведнъж. Една държава, дори и най-развитата в научно-техническо отношение, не може веднага да разполага със сто технологии от най-високо световно ниво във всички области на техниката, използвани в такъв високотехнологичен и пробивен проект като термоядрен реактор. Но ITER се състои от стотици подобни технологии.

Русия надминава световното ниво в много технологии за термоядрен синтез. Но, например, японските ядрени учени също имат уникални компетенции в тази област, които са напълно приложими в ITER.

Затова в самото начало на проекта страните партньори се споразумяха кой и какво ще доставя на обекта и това да не е просто сътрудничество в инженеринга, а възможност всеки от партньорите да получи нови технологии от други участници, така че в бъдеще да ги развиете сами.

Андрей Ретингер, международен журналист

Международният експериментален термоядрен реактор ITER стартира през 2007 г. Намира се в Кадараш, в южната част на Франция. основната задача ITER, според тези, които са замислили и изпълняват проекта, трябва да демонстрира възможностите за търговско използване на термоядрения синтез.

ITER е стратегическа международна научна инициатива, в изпълнението на която участват над 30 държави.

„Ние сме в самото сърце на бъдещ термоядрен реактор. Теглото му е три Айфелови кули, а общата площ ще бъде 60 футболни игрища“, съобщава журналистът от euronews Клаудио Роко.

Създаден е реактор за термоядрен синтез или тороидална инсталация за задържане на магнитна плазма, наричана иначе токомак, за да се постигнат условията, необходими за осъществяване на контролиран термоядрен синтез. Плазмата в токамак се задържа не от стените на камерата, а от специално създадено комбинирано магнитно поле - тороидално външно и полоидално поле на тока, протичащ през плазмения шнур. В сравнение с други инсталации, които използват магнитно поле за ограничаване на плазмата, използването на електрически ток е основна характеристикатокамак

При осъществяване на контролиран термоядрен синтез в токамака ще се използват деутерий и тритий.
Подробности в интервюто с генералния директор на ITER Бернар Бигот.

Какво е предимството на енергията, произведена чрез контролиран ядрен синтез?

„На първо място, в използването на водородни изотопи, които от своя страна се считат за почти неизчерпаем източник: водородът се намира навсякъде, включително в Световния океан. Така че докато има вода на Земята, морска и прясна, ние ще имаме гориво за токамака - говорим за милиони години. Второто предимство е, че радиоактивните отпадъци имат сравнително кратък период на полуразпад: няколкостотин години в сравнение с този на отпадъчните продукти от ядрен синтез.

Термоядреният синтез е контролиран и, според Бърнард Бигот, сравнително лесен за прекъсване, ако се случи инцидент. Друга ситуация в подобен случай възниква при ядрения синтез.

Чрез нагряване на вещество може да се постигне ядрена реакция. Именно тази връзка между нагряване на вещество и ядрена реакция е отразена от термина „термоядрена реакция“.

Проектирането на компонентите на токамака се извършва чрез усилията на страните-участнички в ITER, а частите и технологичните компоненти на токамака се произвеждат в Япония, Южна Корея, Русия, Китай, САЩ и други страни. При изграждането на токамак се взема предвид вероятността различни видовепроизшествия

Бернар Бигот: „Въпреки това е възможно изтичане на радиоактивни елементи. Някое отделение няма да бъде достатъчно запечатано. Но техният брой ще бъде минимален и за живеещите в близост до реактора няма да има голяма опасност за здравето и живота.

Но възможността за авария и изтичане е предвидена в проекта, по-специално помещенията, в които се извършва термоядрен синтез, и съседните помещения ще бъдат оборудвани със специални вентилационни шахти, в които ще се засмукват радиоактивни елементи, за да се предотврати тяхното освобождаване навън.

„Не мисля, че оценката от около 16 милиарда евро изглежда толкова гигантска, особено като вземете предвид цената на енергията, която ще се произвежда тук. Освен това, производството отнема много време, много дълго време, така че всички разходи ще бъдат оправдани дори в средносрочен план“, заключава Бернар Биго.

Руският NIIEFA наскоро съобщи за успешното тестване на пълномащабен прототип на охлаждаща резисторна система за защита на свръхпроводящи бобини, които са проектирани специално за ITER.

А пускането в експлоатация на целия комплекс ITER в Кадараш, Франция, е планирано за 2020 г.

Ние казваме, че ще поставим слънцето в кутия. Идеята е хубава. Проблемът е, че не знаем как да направим кутията.

Пиер-Жил дьо Жен
Френски нобелов лауреат

Всички електронни устройства и машини се нуждаят от енергия и човечеството консумира много от нея. Но изкопаемите горива са на изчерпване и алтернативна енергиявсе още не е достатъчно ефективен.
Има метод за получаване на енергия, който идеално отговаря на всички изисквания - термоядрен синтез. Реакцията на термоядрен синтез (превръщането на водорода в хелий и освобождаването на енергия) постоянно протича на слънцето и този процес дава на планетата енергия под формата слънчеви лъчи. Просто трябва да го имитирате на Земята, в по-малък мащаб. Достатъчно за осигуряване високо наляганеи много висока температура (10 пъти по-висока от тази на Слънцето) и реакцията на синтез ще започне. За да създадете такива условия, трябва да построите термоядрен реактор. Тя ще използва повече изобилни ресурси на земята, ще бъде по-безопасна и по-мощна от конвенционалните атомни електроцентрали. Повече от 40 години се правят опити за изграждането му и се провеждат експерименти. През последните години един от прототипите дори успя да получи повече енергия, отколкото е изразходвана. Най-амбициозните проекти в тази област са представени по-долу:

Държавни проекти

Най-голямо обществено внимание наскоро беше отделено на друг дизайн на термоядрен реактор - стелараторът Wendelstein 7-X (стелараторът е по-сложен по вътрешна структура от ITER, който е токамак). След като похарчиха малко над 1 милиард долара, германски учени построиха умален демонстрационен модел на реактора за 9 години до 2015 г. Ако той покаже добри резултатиЩе бъде изградена по-голяма версия.

Френският MegaJoule Laser ще бъде най-мощният лазер в света и ще се опита да усъвършенства базиран на лазер метод за изграждане на термоядрен реактор. Очаква се френската инсталация да бъде пусната в експлоатация през 2018 г.

NIF (National Ignition Facility) беше изграден в САЩ за 12 години и 4 милиарда долара до 2012 г. Те очакваха да тестват технологията и веднага след това да построят реактор, но се оказа, че, както съобщава Wikipedia, е необходима значителна работа, ако системата трябва някога да достигне запалване. В резултат на това грандиозните планове бяха отменени и учените започнаха постепенно да подобряват лазера. Последното предизвикателство е да се повиши ефективността на преноса на енергия от 7% на 15%. В противен случай финансирането от Конгреса за този метод за постигане на синтез може да спре.

В края на 2015 г. в Саров започна строителството на сграда за най-мощната лазерна инсталация в света. Той ще бъде по-мощен от сегашните американски и бъдещите френски и ще позволи провеждането на експерименти, необходими за изграждането на "лазерна" версия на реактора. Завършване на строителството 2020г.

Разположен в САЩ, термоядреният лазер MagLIF е признат за тъмен кон сред методите за постигане на термоядрен синтез. Наскоро този метод показа по-добри резултати от очакваното, но мощността все още трябва да се увеличи с 1000 пъти. В момента лазерът е в процес на надграждане и до 2018 г. учените се надяват да получат същото количество енергия, каквото са изразходвали. При успех ще бъде създадена по-голяма версия.

Руският институт по ядрена физика упорито експериментира с метода „отворен капан“, който САЩ изоставиха през 90-те години. В резултат на това бяха получени показатели, които се смятаха за невъзможни за този метод. Учените от BINP смятат, че тяхната инсталация вече е на нивото на немския Wendelstein 7-X (Q=0,1), но по-евтино. Сега те строят нова инсталация за 3 милиарда рубли

Ръководителят на института "Курчатов" постоянно напомня за плановете за изграждане на малък термоядрен реактор в Русия - Ignitor. Според плана той трябва да бъде толкова ефективен, колкото ITER, макар и по-малък. Изграждането му трябваше да започне преди 3 години, но тази ситуация е характерна за големи научни проекти.

В началото на 2016 г. китайският токамак EAST успя да достигне температура от 50 милиона градуса и да я поддържа за 102 секунди. Преди да започне изграждането на огромни реактори и лазери, всички новини за термоядрения синтез бяха такива. Някой може да си помисли, че това е просто състезание между учените, за да видят кой може да задържи все по-високата температура по-дълго. Колкото по-висока е температурата на плазмата и колкото по-дълго може да се поддържа, толкова по-близо сме до началото на реакцията на синтез. В света има десетки такива инсталации, изграждат се още няколко () (), така че рекордът EAST скоро ще бъде счупен. По същество тези малки реактори са просто тестово оборудване, преди да бъдат изпратени в ITER.

Lockheed Martin обяви пробив в термоядрената енергия през 2015 г., който ще им позволи да построят малък и мобилен термоядреен реактор в рамките на 10 години. Като се има предвид, че дори много големи и съвсем не мобилни търговски реактори не се очакват до 2040 г., съобщението на корпорацията беше посрещнато със скептицизъм. Но компанията има много ресурси, така че кой знае. Прототипът се очаква през 2020 г.

Популярният стартъп от Силициевата долина Helion Energy има свой собствен уникален план за постигане на термоядрен синтез. Компанията е събрала повече от 10 милиона долара и очаква да създаде прототип до 2019 г.

Нископрофилен стартъп Tri Alpha Energy, постигнат наскоро впечатляващи резултатив популяризирането на техния метод за термоядрен синтез (теоретиците са разработили >100 теоретични начина за постигане на синтез, токамакът е просто най-простият и най-популярен). Компанията също така набра повече от 100 милиона долара инвеститорски средства.

Проектът за реактор на канадския стартъп General Fusion е още по-различен от останалите, но разработчиците са уверени в него и са събрали над 100 милиона долара за 10 години, за да построят реактора до 2020 г.

Британският стартъп First light има най-достъпния уебсайт, създаден през 2014 г., и обяви плановете си да използва най-новите научни данни за постигане на ядрен синтез на по-ниска цена.

Учени от Масачузетския технологичен институт написаха статия, описваща компактен термоядреен реактор. Те разчитат на нови технологии, появили се след началото на строителството на гигантски токамаци и обещават да завършат проекта за 10 години. Все още не се знае дали ще бъдат дадени зелена светлинав началото на строителството. Дори да бъде одобрена, една статия в списание е още по-ранен етап от стартиране

Ядреният синтез е може би най-малко подходящата индустрия за групово финансиране. Но именно с негова помощ, а също и с финансирането на НАСА, компанията Lawrenceville Plasma Physics ще построи прототип на своя реактор. От всички текущи проекти този изглежда най-много като измама, но кой знае, може би те ще донесат нещо полезно в тази грандиозна работа.

ITER ще бъде само прототип за изграждането на пълноценна DEMO инсталация - първият комерсиален термоядрен реактор. Сега стартирането му е планирано за 2044 г. и това все още е оптимистична прогноза.

Но има планове за следващия етап. Хибридният термоядрен реактор ще получава енергия както от атомен разпад (като конвенционална атомна електроцентрала), така и от синтез. В тази конфигурация енергията може да бъде 10 пъти повече, но безопасността е по-ниска. Китай се надява да построи прототип до 2030 г., но експертите казват, че това би било като опит за създаване на хибридни автомобили преди изобретяването на двигателя с вътрешно горене.

Долен ред

Няма недостиг на хора, които искат да донесат на света нов източник на енергия. Проектът ITER има най-големи шансове, като се има предвид неговият мащаб и финансиране, но не трябва да се отхвърлят други методи, както и частни проекти. Учените са работили десетилетия, за да задействат реакцията на синтез без особен успех. Но сега има повече проекти за постигане на термоядрена реакция от всякога. Дори всеки от тях да се провали, ще се правят нови опити. Малко вероятно е да си починем, докато не осветим миниатюрна версия на Слънцето тук, на Земята.

Тагове: Добавете тагове