Штучне сонце майбутнього
Китайський проєкт «штучне сонце» встановив новий світовий рекорд. Під час експерименту реакція ядерного синтезу тривала 17 з половиною хвилин. Дослідницька установка з перегрітою плазмою досягла 70 мільйонів градусів за Цельсієм, що приблизно в п’ять разів більше, ніж у Сонця. Воно випромінює приблизно 5 з половиною тисяч градусів за Цельсієм на поверхні та понад 15 мільйонів градусів за Цельсієм в ядрі.
EAST – один із трьох найбільших токамаків, що діють у Китаї. HL-2М токамак – це термоядерний реактор, який був введений в експлуатацію в грудні минулого року, він розташований у місті Ченду на південному заході Китаю. Реактор EAST у формі пончика називають штучним сонцем, тому що він імітує процес синтезу всередині зірок. Токамаки, такі як EAST, використовують магнітні поля для утримання турбулентної та іноді нестабільної плазми або ж іонізованого газу при високих температурах у спеціальній петлі, яка називається тором. Всередині пристрою лазери нагрівають важкі атоми водню до сотень мільйонів градусів, які за таких високих температур почнуть стикатися один з одним і вивільняти енергію. Однак утримання плазми за таких інтенсивних температур без витоку виявилося надзвичайно складним завданням. Вчені працюють над використанням енергії ядерного синтезу вже понад 70 років. Крім того, подібний експериментальний токамак-реактор, який виробляє більше енергії, ніж споживає, ніколи не створювався, але успіх Китаю з EAST припускає, що дослідники наближаються до сталого використання космічної енергії.
Попередній рекорд експериментальний удосконалений надпровідний токамак, поставив у травні минулого року. Тоді установка працювала протягом 101 секунди при температурі плазми або гарячого газу 120 мільйонів градусів за Цельсієм. Протягом ще 20 секунд під час експерименту в травні об’єкт досяг пікової температури в 160 мільйонів градусів за Цельсієм, що більш ніж у 10 разів вище за температуру Сонця. Цього разу температура була порівняно значно менше, проте стабільно працювати токамак зміг протягом 1056 секунд. За словами Гун Сяньцзу, наукового співробітника Інституту фізики плазми Китайської академії наук, нещодавня операція закладає міцну наукову та експериментальну основу для запуску термоядерного реактора. Новий експеримент, який розпочався у грудні 2021 року, триватиме до червня. Очікується, що EAST коштуватиме Китаю більш ніж 1 трильйон доларів до того часу, коли експеримент завершиться.
Даний об’єкт частіше за все називають «штучним сонцем». Ця назва виникла тому що він імітує реакцію ядерного синтезу, що живить справжнє сонце, яке використовує водень та дейтерій як паливо. Енергія термоядерного синтезу вважається «ідеальною енергією» для вуглецево-нейтрального енергетичного майбутнього, тому що водень та дейтерієві гази поширені на Землі вдосталь, вони чисті та мають мінімальну кількість відходів. Зараз у всьому світі використовують у більшості вугілля та природний газ як основні джерела енергії, однак запаси цих матеріалів обмежені. Ядерний синтез навпаки не вимагає викопного палива, не залишає після себе радіоактивних відходів і є більш безпечною альтернативою атомної енергії поділу, що робить його чистим доступним джерелом енергії.
Однак, попри багаторічні пошуки вчених світу, термоядерні реактори все ще далекі від реальності. Аналогічні дослідження проводять в інших країнах світу. Поки лідирує Китай, США, Європа, Росія та Південна Корея. Крім цього Китай долучився до мегапроєкту Міжнародного термоядерного експериментального реактора, в якому беруть участь 35 країн. Зараз китайський реактор EAST використовується для тестування технології ще більшого токамака, що будується у Франції. ІТЕР буде містити найпотужніший у світі магніт, що дозволить йому виробляти магнітне поле, яке буде у 280 000 разів сильніше, ніж поле навколо Землі, Очікується, що даний термоядерний реактор буде введено в експлуатацію у 2025 році, і він дасть вченим ще більше інформації щодо практичних можливостей використання зіркової енергії на Землі. Експерименти на EAST нададуть необхідну інформацію про дослідження фізики плазми, які мають вирішальне значення для створення реакторів промислового розміру для вироблення чистої енергії. Директор Інституту фізики плазми Сун Юнтао повідомив, що дану технологію всебічно перевірили й вона стане важливим кроком уперед від фундаментальних досліджень до інженерних програм.
Наступна мета вчених, які стоять за китайським експериментальним реактором, підтримувати температуру вище 100 мільйонів градусів за Цельсієм і забезпечити його роботу на стабільному рівні протягом тривалого часу. Раніше, ще у 2018 році, було досягнуто рекордної температури в 100 мільйонів градусів за Цельсієм. Але Китай – це не єдина країна, яка досягла високих температур плазми. У 2020 році південнокорейський реактор KSTAR встановив новий рекорд, підтримуючи температуру плазми понад 100 мільйонів Цельсія протягом 20 секунд. Зараз Китай також активно реалізує більше власних програм розвитку термоядерної енергетики – він проводить експерименти з термоядерного синтезу з інерційним утриманням і планує завершити будівництво нового токамака до початку 2030 року. Однак, перший життєздатний термоядерний реактор може бути завершений у Сполучених Штатах вже у 2025 році, а британська компанія сподівається до 2030 року розпочати комерційне виробництво електроенергії шляхом синтезу. Тем не менш, китайські вчені не турбуються, адже вважають, що зараз йдуть у правильному напрямку з погляду екологічного розвитку Китаю. Хоча новий рекорд є надзвичайно важливою подією, на їх думку, до того, як Китай зможе побачити штучне сонце, що повністю функціонує, залишилося ще добрих три десятиліття.
