Стійке “штучне сонце” обіцяють створити до 2026 року
Значний крок до досягнення стійкого ядерного синтезу було зроблено завдяки модернізації корейського “штучного сонця” під назвою KSTAR, здатного витримувати температуру, яка у шість разів перевищує температуру в центрі Сонця. Ця модернізація покликана зробити внесок у найбільший у світі термоядерний проект ITER, у якому беруть участь 35 країн.
Що таке ядерний синтез?
Ядерний синтез — процес, при якому енергія виробляється шляхом об’єднання двох атомів в один більший атом, — є перспективним джерелом енергії, подібно до того, як її виробляє наше Сонце.
На відміну від поділу ядер, яке нині використовується в енергетиці, термоядерний синтез не призводить до утворення радіоактивних відходів та забезпечує значно більший вихід енергії, виробляючи втричі-вчетверо більше енергії.
Підходи до ядерного синтезу включають використання лазерів та магнітного утримання.
При магнітному утриманні використовуються такі пристрої, як токамаки камери — магнітного утримання у формі пончика. У цих пристроях використовуються потужні магніти для утримання гарячої плазми — четвертого стану матерії, створюваного при нагріванні атомів до екстремальних температур. Однак для відтворення умов термоядерного синтезу на Землі потрібна температура, яка приблизно в шість разів перевищує температуру в центрі Сонця.
KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research), також відомий як корейське “штучне сонце”, є одним із таких пристроїв, що використовують магнітне стримування.
Великий крок уперед
Дивертор, ключовий компонент термоядерного реактора, — – це частина пристрою, що знаходиться в безпосередньому контакті з плазмою, що утворюється в результаті термоядерної реакції. Його основна функція відведення — продуктів реакції, тим самим підтримуючи умови, необхідні для продовження термоядерної реакції.
Спочатку на KSTAR було встановлено вуглецевий дивертор, але нещодавно його модернізували, замінивши вольфрамовим дивертором. Вибір вольфраму обумовлений його винятковими фізичними властивостями, які роблять його придатним для конкретного застосування. Як метал, вольфрам має високу температуру плавлення, що означає, що він може витримувати екстремальні температури, які створюються термоядерною плазмою.
Зокрема, коли плазма позитивно заряджених іонів та електронів вступає в контакт з вольфрамовим дивертором, масивніші атоми вольфраму з більшою ймовірністю відображають частинки плазми від своєї поверхні. Це мінімізує втрату енергії плазми, дозволяючи підтримувати термоядерну реакцію протягом тривалого часу.
Вибравши вольфрамовий дивертор, KSTAR прагне збільшити тривалість та загальну ефективність його роботи. Інженери, які зараз здатні експлуатувати конструкцію протягом 30 секунд при температурі 100 мільйонів градусів Цельсія, тепер ставлять перед собою амбітну мету — досягти 300 секунд до кінця 2026 року.
Ці досягнення допоможуть отримати найважливіші дані для розробки та оптимізації проекту ITER, найбільшого токамака у світі, який зараз будується у Франції. За прогнозами, першу плазму буде отримано у 2025 році, а масштабні операції розпочнуться у 2035 році.