За крок до промислового «термояду»

Європейські дослідники з EUROfusion досягли рекорду отриманої енергії від термоядерного синтезу, на провідному об’єднаному європейському заводі Torus (JET) у Великобританії

Консорціум EUROfusion – 4800 експертів, студентів та співробітників з усієї Європи, співфінансовані Європейською комісією – використали тороїдальну установку Joint European Torus (JET). EUROfusion – це консорціум із 30 дослідницьких організацій, а також близько 150 дочірніх організацій, включаючи університети та компанії, з 25 країн-членів Європейського Союзу, а також Великобританії, Швейцарії та України.

Вчені працюють разом над створенням об’єкта, який може виробляти та постачати електроенергію термоядерного синтезу до електромережі у відповідності до Європейської дослідницької дорожньої карти реалізації термоядерної енергії.

Рис. 1. Художня візуалізація плазми в JET
Фото: UKAEA

Програма EUROfusion має дві цілі: підготовка до реалізації реактора ITER та розробка концепцій майбутньої європейської демонстраційної термоядерної електростанції EU DEMO. Іншим аспектом програми EUROfusion є підтримка різноманітних дослідницьких проєктів у лабораторіях країн-учасниць за допомогою схеми сприяння спільному дослідженню.

Успіх через чверть століття

Рекорд, що встановлений на JET – на найбільшому та найпотужнішому експлуатаційному токамаку в світі, підпорядкованого Управлінню з атомної енергії Великобританії (UKAEA) в Оксфорді – більш ніж вдвічі перевищує попередній рекорд термоядерної енергії у 21,7 МДж, встановлений там же ще у 1997 році, тобто чверть століття тому. Записи та наукові дані цих важливих експериментів є значним стимулом для проєкту ITER, більшої та досконалішої версії JET. Реактор ITER – це дослідницький проєкт з термоядерного синтезу, який базується на півдні Франції. За підтримки семи членів – Китаю, Європейського Союзу, Індії, Японії, Південної Кореї, РФ та США – ITER прагне продемонструвати науково-технічну доцільність термоядерної енергії та має стати найбільшим у світі експериментальним термоядерним об’єктом. ЄС фінансує майже половину витрат на його будівництво, тоді як інші шість членів цього спільного міжнародного проєкту вносять рівний внесок у решту.

Успіх JET є великим кроком вперед у дорожній карті імплементації термоядерного синтезу як безпечного, ефективного, низьковуглецевого засобу подолання глобальної енергетичної кризи та для розробки майбутньої європейської демонстраційної термоядерної електростанції EU DEMO.

Ян Чепмен, генеральний директор UKAEA, прокоментував: «Ці визначні результати зробили нас ближчими до подолання однієї з найбільших глобальних наукових та інженерних проблем. Це винагорода за понад 20 років досліджень та експериментів з нашими партнерами по всій Європі».

Рис. 2. Експериментальна установка JET
Фото: UKAEA

Потенціал термоядерної енергії

Процес злиття ядер, або синтез чи «fusion» – це процес, який живить зірки, як наше Сонце, та має стати принципово безпечним, майже безмежним й чистим джерелом електроенергії на довгострокову перспективу з використанням невеликої кількості палива, яке можна отримати в усьому світі відносно недорого. Процес термоядерного синтезу при високих температурах об’єднує атоми легких елементів, таких як водень, щоб утворити гелій та вивільнити величезну енергію у вигляді тепла, яка потім може бути перетворене в електрику.

Якщо порівняти однакову масу «водневого» та викопного палива, то термоядерний синтез виділяє майже в 4 мільйони (!) разів більше енергії, ніж від спалювання вугілля, нафти або газу.

Технічно для синтезу треба кілька грамів водневого палива нагріти до екстремальних температур, в 10 разів більших ніж у центрі Сонця, утворюючи плазму, в якій відбуваються реакції синтезу. Коли легкі атоми зливаються разом, утворюючи значно важчі ядра, головним чином – гелію, виділяється велика кількість енергії. Комерційна термоядерна електростанція буде використовувати теплову енергію, вироблену в результаті термоядерних реакцій, для генерації електроенергії.

Унікальність значення установки JET

Синтез на тороїдальному реакторі з магнітною камерою (токамак), яким є JET, може створювати плазму, що досягає температури 150 мільйонів °С – у 10 разів спекотніше за центр Сонця – це життєво важливий тестовий стенд для ITER одного з найбільших спільних наукових проєктів в історії. JET є єдиним робочим токамаком у світі, який працює на «паливній суміші» з дейтерію-тритію (D-T), як й планувалося для пристроїв даного типу.

У своєму нещодавньому рекордному експерименті JET виробив загалом 59 МДж теплової енергії від термоядерного синтезу за 5 секунд (тривалість експерименту з синтезу). Під час цього експерименту JET отримав середню потужність термоядерного синтезу (тобто енергія за секунду) близько 11 МВт (МДж / сек). Попередній енергетичний рекорд експерименту з термоядерного синтезу був також досягнутий на JET, але ще у 1997 році він становив 22 МДж теплової енергії. Пікова потужність у 16 МВт, досягнута на короткий час у 1997 році, не була перевищена в останніх експериментах, оскільки наразі увага була зосереджена на більшій тривалості синтезу енергії.

Дослідження термоядерного синтезу мають на меті скопіювати процес, який живить Сонце для створення нового великомасштабного джерела низьковуглецевої енергії тут, на Землі.

Про Євратом (Euratom)

Реактор JET був побудований та експлуатується в Калхемі, Великобританія, як спільне підприємство ЄС з 1977 року. Об'єкт керується UKAEA з 2000 року. Майже 80% витрат на експлуатацію JET з 1977 р. до кінця 2021 р. були внесені саме за Програмою досліджень та навчання Euratom.

Програма Euratom на 2021-2025 рр. з вдосконалення ядерної безпеки та радіаційного захисту й досліджень термоядерної енергії доповнює досягнення цілей «Horizon Europe», в тому числі в контексті енергетичної транзиції, а також сприяє реалізації європейської дорожньої карти термоядерного синтезу.

Нагадаємо, що ще в 60-х роках ХХ століття, відколи було підтверджено можливість керованої термоядерної реакції, умовним рубежем для досягнення сталого термоядерного синтезу для виробництва електрики в промислових масштабах було названо 2025 р.

Джерело: EUROfusion

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!