Управляемый термоядерный синтез – священный грааль современной физики на протяжении вот уже 60 лет. Оно и понятно: с реализацией проекта УТС человечество получит в руки неисчерпаемый источник дешёвой и, что немаловажно, чистой энергии.
Подпишитесь на новости «ПолитНавигатор» в Telegram, Facebook, Одноклассниках или Вконтакте
С начала термоядерной эры наша страна находилась на острие исследований, продвигаясь семимильными шагами вперёд и устанавливая своеобразную техническую моду на аппараты для исследования высокотемпературной плазмы. В частности, именно в СССР была впервые выдвинута идея (что интересно, рядовым солдатом Советской Армии) и технически реализована идея токамака – тороидальной магнитной камеры-ловушки для термоядерного разряда.
Одно время казалось, что токамаки вот-вот вырвутся из лабораторий и вместо электрофизических установок обернутся реакторами, но со временем тема забуксовала – на пути УТС встало радиационное разрушение материалов – и уже во второй половине 80-х учёные всего мира высказывали скептические прогнозы, что прототип термоядерного реактора появится не раньше, чем через 50 лет, то есть, ближе к 2040 годам.
После этого человечество успокоилось и договорилось перейти от штурма термоядерной крепости к долговременной осаде через строительство во Франции огромного международного токамака ITER. Но и тут выяснилось, что проще было договориться, чем перейти к реальным делам. Проект ITER, оцененный на старте в $12 млрд долл всё время откладывался, вырос в цене на 10 млрд, и, согласно последним данным, будет достроен не раньше 2025 года.
Реклама
По сути, договор о строительстве ITER можно считать решением многих государств не складывать все яйца в одну корзину, чтобы в случае чего не остаться на обочине прогресса. Россия также продолжает участвовать в проекте, выплачивая свою 1/11 долю расходов, достигших в 2016 году суммы в полмиллиарда долл.
Общественность уже как-то свыклась с мыслью, что в постсоветской России массовый интерес прикован к всевозможным селебритиз и скандалам вокруг медиа-персон, и уже забыла, с каким волнением хваталась за газеты 40 лет назад, чтобы узнать новости Института атомной энергии им. Курчатова, в котором бился ядерный пульс страны.
Но самое удивительное, что и западные источники, активно популяризирующие науку, с темой УТС вошли в зону застоя и перестали сообщать о работе учёных, из-за чего создаётся впечатление об отсутствии прогресса в термоядерной энергетике – всё якобы замерло в ожидании конца долгостроя ITER.
На самом деле, это не так, и серьёзный прорыв обозначился совсем недавно – в 2015 и 2016 годах, тогда как всего 10 лет назад казалось, что термоядерный реактор не будет создан не то что к 2040 году, но и вовсе в обозримом будущем.
Первое радостное известие пришло из Китая. В 2013 году, в Институте физики плазмы Академии наук КНР на экспериментальном токамаке EAST (модифицированный вариант российско-китайского токамака HT-7) удалось стабилизировать плазму в H-моде на 30 секунд, что стало серьёзным прорывом в деле УТС.
В 2015 году южнокорейскому токамаку KSTAR на сверхпроводящих контурах удалось удерживать плазму температурой 40 млн. К в H-моде в течении 55 секунд, что стало потрясающим достижением.
В 2016 году Китайская академия наук объявила о новом рекорде токамака. Как сообщает «Синьхуа», электрофизическое устройство успешно удерживало плазменный разряд с температурой в 50 млн К на протяжении 102 секунд в H-моде. В настоящее время китайские учёные готовятся поставить новый рекорд удержания термоядерной плазмы в токамаке EAST до 400 секунд.
H-мода – это такой режим существования плазмы, когда теплопотери из неё резко снижаются, а температура в центре нарастает. H-мода является необходимой для получения высокой энергоотдачи от термоядерного синтеза в токамаках. Однако H-мода обладает неприятными ELM нестабильностями (изменения на краю плазменного шнура), с которыми надо уметь бороться для того, что бы термоядерный реактор мог постоянно её поддерживать.
Успех азиатских учёных вселил новую надежду и возобновил интерес к национальным ядерным исследованиям. Американские исследователи из Массачусетского технологического института обобщили опыт китайских и южнокорейских коллег, соорудив токамак ARC, исключающий все дорогостоящие способы разогрева плазмы, оставив один из самых доступных – радиочастотный (как в микроволновках).
В России тоже не сидели сложа руки и проводили собственные эксперименты. В частности, учёные пересмотрели привычный подход к конфигурации токамака, построив новейший сферический агрегат «Глобус-М».
Но самый большой сюрприз в конце декабря 2017 года подготовили физики из новосибирского Академгородка. В Институте ядерной физики им. академика Будкера СО РАН состоялся торжественный запуск Спиральной магнитной открытой ловушки (СМОЛА).
Любопытно, что сибиряки отошли от общепринятой схемы удержания плазмы типа токамак или стелларатор и вернулись к одной из ранних схем удержания плазмы по типу «пробкотрон», когда огненный сгусток удерживается в линейной системе или попросту в трубе, запертый с двух концов «пробками» магнитных полей. С новыми идеями, конечно же.
Выше уже говорилось, что одной из главных проблем реализации УТС стала конструкционная: материалы установок разрушались из-за радиационного воздействия плазмы в миллионы градусов. Сибиряки пошли по другому пути – нерадиоактивного синтеза, требующего в свою очередь гораздо более высоких температур, чем в токамаках. Для этого ядерщиками была разработана схема, которую они сами называют «мясорубкой».
«Частицы плазмы стремятся вылететь из этой «мясорубки», но если мы будем крутить ручку в обратном направлении, то они будут двигаться назад, таким образом плазма останется в ловушке», – объясняет старший научный сотрудник кандидат физико-математических наук ИЯФ СО РАН Антон Вячеславович Судников. По предварительным оценкам, подобные принципы позволят уменьшить энергетические потери плазмы в 20−100 раз.
Помимо этого, учёным из Новосибирска удалось исключить один из наиболее проблемных компонентов термоядерного горючего – сверхтяжёлый водород тритий. Кроме того, что тритий радиоактивен, его нарабатывают в ядерных реакторах. Стало быть, речь идёт об удешевлении и повышении уровня безопасности эксперимента, а в перспективе – и всей термоядерной энергетики.
Учёные говорят и о другой перспективе установки СМОЛА – с её помощью открываются новые перспективы в космонавтике. На основе установки уже в ближайшем будущем можно будет создать рабочий термоядерный ракетный двигатель, минуя стадию ядерных.
Достаточно сказать, что в СССР и США почти 40 лет назад предпринимались попытки создания ядерных ракетных двигателей, и технически в них нет ничего невозможного, если бы не одно но – тяжеловесная физическая защита экипажа от излучения реактора.
Глядя на фотографии установки СМОЛА можно увидеть её компактность и отсутствие физической защиты благодаря реализации принципа нерадиационного синтеза. То есть, в случае успеха, устройство можно будет свернуть в небольшой ракетный двигатель.
Осталось только оценить достижения новосибирских учёных, не имеющих астрономических бюджетов имиджевых проектов «Сколково» и Роснано, выхлоп которых в науке и технологиях несоизмерим с закачанными в них средствами.
Подпишитесь на новости «ПолитНавигатор» в ТамТам, Яндекс.Дзен, Telegram, Одноклассниках, Вконтакте, каналы TikTok и YouTube.