В 1991 году ученые, работавшие на новаторском энергетическом объекте, совершили важный прорыв, впервые добившись контролируемого высвобождения энергии ядерного синтеза. В 1997 году токамак-реактор Joint European Torus (JET) был затем использован для установления мирового рекорда по выходной мощности в 22 мегаджоуля. Двадцать пять лет спустя ученые побили этот мировой рекорд, что, по их словам, является знаменательным моментом в поисках энергии ядерного синтеза.
JET — это тип термоядерного реактора, известный как токамак, камера в форме пончика, в которой используется аккуратное расположение магнитных катушек для удержания круговых потоков плазмы. Эта плазма нагревается до миллионов градусов и, теоретически, удерживается на месте достаточно долго, чтобы атомы водорода внутри нее сливались вместе, образуя атомы гелия, что высвобождает огромное количество энергии.
Это процесс, происходит и внутри Солнца, где потрясающе огромные гравитационные силы и экстремально высокая температура сплавляют изотопы водорода дейтерий и тритий вместе для выработки энергии. Однако, тритий относительно редок, и с ним проблематично обращаться здесь, на Земле, и по этой причине последними экспериментами по использованию топлива были те рекордные попытки JET в 1997 году. Исследователи обычно используют водород или дейтерий вместо трития в экспериментах с плазмой.
«Мы можем очень хорошо изучить физику термоядерной плазмы, работая с водородом или дейтерием, так что это мировой стандарт», — объяснила доктор Афина Каппату из Института физики плазмы Общества Макса Планка. «Однако для перехода к международному крупномасштабному термоядерному эксперименту ИТЭР важно, чтобы мы были готовы к сложившимся там условиям».
ИТЭР, или Международный экспериментальный термоядерный реактор, представляет собой токамак высотой в семь этажей, строящийся на юге Франции, и после завершения строительства в 2025 году он станет крупнейшим в мире термоядерным реактором. ИТЭР будет использовать смесь дейтерия и трития в соотношении 50:50 и предназначен для производства 500 МВт мощности из 50 МВт, потребляемых для нагрева плазмы, демонстрируя десятикратное увеличение выходной энергии.
Диспетчерская в JET. Фото: UKAEA.
Готовясь к этим экспериментам в конце этого десятилетия, инженеры JET заменили внутреннюю углеродную облицовку плазменной камеры комбинацией бериллия и вольфрама, теми же материалами, которыми будут облицовываться стенки в ИТЭР. Эта модификация, наряду с тщательным моделированием перед экспериментами, позволила ученым получить стабильную плазму с дейтериево-тритиевым топливом, которое произвело 59 мегаджоулей энергии за пять секунд, что более чем вдвое превышает предыдущий рекорд.
«Эти знаменательные результаты сделали нас на огромный шаг ближе к решению одной из самых больших научных и инженерных задач», — сказал Ян Чепмен, генеральный директор Управления по атомной энергии Великобритании. «Это награда за более чем 20 лет исследований и экспериментов с нашими партнерами со всей Европы».
Во время экспериментов 1997 года, реактор также кратковременно произвел 16 МВт пиковой мощности, что является рекордом для токамака. Этот рекорд стоит до сих пор и не был побит последним раундом экспериментов JET, которые вместо этого были сосредоточены на производстве устойчивой термоядерной энергии.
«Если мы можем поддерживать термоядерный синтез в течение пяти секунд, мы можем делать это в течение пяти минут, а затем пять часов, поскольку мы смасштабируем наши операции на будущих машинах», — сказал Тони Донне, руководитель программы EUROfusion.
Источник: UK Atomic Energy Authority, Max Planck Institute for Plasma Physics.
