Япония поставя нов рекорд по ядрен синтез

Япония поставя нов рекорд по ядрен синтез

Масивният токамак току-що постигна първата си плазма. Ето какво означава това за бъдещето на синтеза.

Думата „токамак“ (съкр. от руския израз „ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками“) е експериментално устройство с тороидална форма, т.е. подобна на кравай, в което се създава и удържа високотемпературна плазма. Главната цел на провежданите експерименти е да се постигне управляем термоядрен синтез, който е един от най-перспективните бъдещи енергийни източници. Токамакът е разработен от съветските физици Игор Там и Андрей Сахаров през 50-е години на XX век и вдъхновен от идеята на Олег Лаврентиев. През 1963 година в Русия започва да работи първият експериментален термоядрен реактор в света. Синтезът се състои в сливане на ядрата на деутерий и тритий, които са изотопи на водорода и могат да се извличат от водата, като в резултат се получава хелий и се освобождава термоядрена енергия подобно на процесите в Слънцето. За да протече описаната реакция в токамака, йоните на деутерия трябва да се нагреят до стотици милиони градуси. За удържането им при тази температура е необходимо да бъде приложено магнитно поле и да се индуцира електрически ток в плазмата в тороидална посока. Магнитното поле се създава чрез вертикално ориентирани бобини, обхващащи токамака, а плазменият ток се генерира индуктивно, като плазмата играе ролята на вторична намотка на соленоиден трансформатор. Алтернативно високотемпературната плазма може да се удържи и като се приложи магнитно поле със специална геометрия в реактори от тип стеларатор.

Масивният експеримент с ядрен синтез в Япония току-що достигна важна повратна точка. Така потенциално ни поставя малко по-близо до бъдещето на неограничена чиста енергия.

Ядрен синтез 101:

Ядреният синтез е процес, при който два атома се сливат в един. За разлика от конвенционалната ядрена енергия, която разчита на делене – разделяне на атом на две. Това освобождава невероятно количество енергия под формата на топлина. Всъщност толкова много топлина, че може да захранва слънцето и други звезди.

Ако можехме да използваме топлината от ядрения синтез тук на Земята, бихме могли да я използваме за генериране на електричество при поискване. Без да се тревожим за въглеродни емисии, ядрени отпадъци или изчерпване на горивото. Водородните и литиевите атоми, които бихме използвали за създаване на гориво са в изобилие.

По време на ядрен синтез два атома се сливат в един, освобождавайки огромно количество енергия.

Предизвикателството: Поддържането на условията на вътрешността на слънцето тук на Земята е меко казано трудно. За да накараме водородните атоми да се слеят, трябва да ги подложим на екстремно налягане и температури над 100 милиона градуса по Целзий. Не само, но и ние трябва да контролираме супер горещата плазма, за да поддържаме реакцията.

Докато учените наскоро успяха да генерират малко повече енергия от термоядрения синтез, отколкото са вложили в него, вероятно ще минат десетилетия, преди да преодолеят многото препятствия пред разработването на комерсиален термоядрен реактор.

Устройство за изследване на термоядрения синтез в Япония може да изиграе ключова роля в разработването на тези бъдещи реактори.

Тази машина, JT-60SA, е токамак: кухо устройство с форма на поничка, заобиколено от магнитни намотки. Тези машини са един от най-добрите начини за ограничаване на супер гореща плазма, така че да може да се получи синтез (стелараторите са друг).

JT-60SA вече е най-големият токамак, достигнал първата плазма в света.

На 23 октомври Националните институти за квантова наука и технологии обявиха, че са постигнали „първата плазма“ в JT-60SA, което означава, че устройството е използвано за създаване и задържане на супер гореща плазма за първи път. Това е повратен момент в разработването на токамак.

Стъпка: С височина 16 метра, JT-60SA вече е най-големият токамак, достигнал първата плазма навсякъде по света – но това вероятно няма да е за дълго.

Токамакът JT-60SA се изгражда, за да поддържа ITER, два пъти по-висок токамак в процес на изграждане. След като това устройство достигне първата плазма – понастоящем планирано за декември 2025 г. – то ще стане най-голямото устройство за ядрен синтез.

Въпреки че проектите за термоядрен синтез рядко вървят според плана, надеждата е, че ITER ще бъде устройството, което най-накрая ще докаже, че комерсиалната термоядрена енергия е възможна – поставяйки началото на нова ера в чистата енергия.