Термоядерный синтез: бесконечный источник энергии уже рядом с нами

Самое ожидаемое событие в научном сообществе – ввод в эксплуатацию международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Эта установка будет содержать в себе энергии больше, чем есть на всей Земле. Курчатовский институт, в котором запущен токамак Т-15 МД, сотрудничает с проектом и решает фундаментальные задачи, например, исследование турбулентности плазмы. Кроме теории есть не менее важные и сложные инженерные задачи: как обеспечить удержание высокотемпературной плазмы в реакторе и не позволить ей расплавить все вокруг.

Токамак – это установка удержания плазмы с помощью мощных магнитов. Электрический ток генерирует магнитное поле, одновременно обеспечивая и разогрев плазмы, и удержание ее в этом состоянии. Сам термин “токамак” был придуман в Советском Союзе в 50-х годах Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Токамак расшифровывается как "тороидальная камера с магнитными катушками". Первый такой реактор был создан в 1954 году, и на протяжении долгих лет подобные устройства существовали исключительно на территории СССР.

Есть существенная разница между процессами, протекающими в звездах, и процессами внутри замкнутых магнитных ловушек, к которым относится токамак. В ядре Солнца удержание горячих частиц происходит за счет огромной силы гравитации, а в магнитных ловушках магнитное поле удерживает разогретый до огромных температур газ. В токамаке температура в сотни и даже тысячи раз выше, чем на Солнце. Сравним: температура поверхности Солнца составляет около 5-6 тысяч градусов, а в центре звезды – 10-15 миллионов градусов, тогда как в термоядерном реакторе требуемая температура – 100-150 миллионов градусов. Такие показатели и даже выше уже были получены в ходе экспериментов.

Термоядерная реакция не является цепной, то есть не может поддерживать сама себя, как, например, в атомных реакторах реакция распада. Для ее поддержания необходимо создать весьма специфичные условия. Это означает, что при выходе из строя одной из систем термоядерного реактора, обеспечивающей поддержание этих условий, реакция сразу же прекратится. Токамак остынет, топливо – водород и гелий – разлетится, не причиняя никому вреда. Единственное, что может сломаться – установка.

Все зависит от того, как будет развиваться отрасль: удастся ли эффективно замкнуть цикл, чтобы термоядерная реакция происходила достаточно долго и отдавала тепло на внешние устройства. Сейчас цикл термоядерных реакций длится доли секунд, этого недостаточно для того, чтобы получить энергию. Кроме того, лучший коэффициент полезного действия, который получили ученые в экспериментах – около единицы. Это значит, что производится энергии столько же, сколько и затрачивается. Этого очень мало.

Больше можно узнать в подкасте "Кот ученый".

Коротко и по делу. Только отборные цитаты в нашем Телеграм-канале.