В апреле 2023 года экспериментальный сверхпроводящий токамак Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), принадлежащий Институту физики плазмы при Китайской академии наук в Хэфэе, установил очередной рекорд. Он удерживал сверх горячую плазму в течение 403 секунд, благодаря чему превзошел свое же достижение, зафиксированное в 2017 году (101 секунду). Для того чтобы получить столь впечатляющие результаты, потребовалось свыше 120 тысяч экспериментов.

Особенность ядерного синтеза заключается в том, что в его основе лежит механизм высвобождения энергии при соединении атомных ядер (в отличие от реакций деления, используемых на объектах атомной энергетики). Достижение китайских ученых можно воспринимать как очередной шаг на пути к разработке доступных высокопроизводительных термоядерных реакторов. В частности, накопленный опыт поможет более эффективно использовать Международный термоядерный экспериментальный реактор и продвинуться в разработке китайских термоядерных реакторов.

Цель экспериментов, проводимых с токамаком EAST, состоит с том, чтобы ядерный синтез был аналогичен солнечному. Неисчерпаемое сырье, в роли которого выступает морская вода, позволит получить нескончаемый поток чистой энергии. По словам Song Yuntao, возглавляющего Институт физики плазмы, проделанная работа заложила основу для повышения финансовой и технологической жизнеспособности термоядерных реакторов и электростанций. Ожидается что себестоимость вырабатываемой электроэнергии будет уменьшаться, а объемы ее производства – увеличиваться.

Напомним, что в январе 2022 года Китай установил еще один рекорд, нагрев плазму до температуры, которая в 5 раз превышает температуру Солнца. Термоядерный реактор EAST в течение 1056 секунд поддерживал температуру 158 миллионов градусов по Фаренгейту (70 миллионов градусов по Цельсию). Спустя год на токамаке EAST был продемонстрирован инновационный режим контроля плазмы под названием Super I-Mode. Газ, состоящий из свободно движущихся электронов и ионов водорода, с помощью магнитных полей был нагрет до температуры 70 миллионов градусов по Цельсию. В ходе демонстрации удавалось контролировать энергию изотопов как на краю плазмы, так и внутри ее объема.

Неоспоримым преимуществом «искусственного солнца» является практически неограниченный топливный ресурс, чего не скажешь об электростанциях, работающих на ископаемом топливе. К тому же газ, уголь и нефть при сжигании оказывают негативное воздействие на окружающую среду, поэтому чистую и безопасную энергию термоядерного синтеза небезосновательно называют «идеальной энергией» для будущего всего человечества.

История исследования энергии ядерного синтеза, который характерен для звезд в стабильном периоде их жизненного цикла, уходит корнями в середину XX века. Солнце и аналогичные небесные светила производят огромное количество энергии и при этом не выделяют парниковых газов и радиоактивных отходов с длительным периодом полураспада. Синтез энергии обуславливается слиянием атомов водорода (образованием гелия) при очень высоких температурах и давлении.

Принцип работы токамака, считается самой популярной разновидностью термоядерного реактора, основан на использовании плазмы – одного из четырех состояний вещества, в котором присутствуют отрицательно заряженные свободные электроны и положительно заряженные ионы. Плазма нагревается до очень высокой температуры и удерживается в реакторной камере при помощи сверхмощного магнитного поля.

Основной задачей, которую пытаются решить ученые, исследующие плазму, является ее контроль. Учитывая, что рабочее давление в реакторе гораздо ниже, чем в звездных ядрах, приходится нагревать плазму до уровня, многократно превышающего температуру на Солнце. Нагревание плазмы является сравнительно несложной задачей. Но плазму нужно не просто нагреть, а еще и удержать без нарушения процесса синтеза, предотвратив прожигание стенок реактора.

Токамак EAST, используемый с 2006 года, может стать ключом к разработке технологий управляемого ядерного синтеза. За период своей эксплуатации он превратился в бесплатный испытательный полигон, на котором китайские и зарубежные ученые проводят исследования и эксперименты, касающиеся термоядерного синтеза. Помимо этого, Китай участвует в разработке Международного экспериментального термоядерного реактора, расположенного юго-востоке Франции, который станет крупнейшей в мире установкой такого класса.

Еще одним масштабным китайским проектом является создание первого в мире демонстрационного термоядерного реактора China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). Разработка «искусственного солнца следующего поколения» успешно завершена. Запуск установки, которая рассчитана на пиковую мощность до 2 ГВт, запланирован на 2035 год.

По материалам eurasiantimes.com