Плазманы ұстау ұзақтығы бойынша кезекті әлемдік рекорд

Токамак (магниттік шарғылармен тороидтық камера) — басқарылатын синтезді зерттеуге арналған технологиялардың бірі. Онда жоғары температуралы плазма асқын өткізгіш шарғылар шығаратын қуатты магнит өрістерімен ұсталады. Плазма — бұл атомдар электрондары ядролардан бөлініп, иондалған газ түзетін температураға дейін қызатын заттың күйі. Термоядролық реакцияны бастау үшін 100 миллион градустан жоғары температураға жету керек, бұл Күн ядросының температурасынан едәуір асып түседі. Мұндай жағдайларда атомдардың ядролары электростатикалық итеруді жеңеді және көп мөлшерде энергия бөліп, бірігуі мүмкін. Алайда, мұндай орта өте тұрақсыз — кез-келген мазасыздық немесе энергияның жоғалуы плазмалық ағынның бұзылуына әкелуі мүмкін, бұл оны басқаруды ең күрделі техникалық міндеттердің біріне айналдырады. 

Плазманы ұстау уақыты термоядролық реактордың сәттілігінің негізгі өлшемшарты болып табылады. Жылыту шығындарынан жоғары энергия алу үшін плазманы бірнеше минут бойы тұрақты ұстау керек. Сондықтан ұстау ұзақтығы бойынша әрбір жаңа рекорд коммерциялық термоядролық реакторды құру жолындағы маңызды қадам болып табылады.

WEST рекорды тек француз ғылыми бағдарламасы үшін ғана емес, сондай-ақ бүкіл халықаралық термоядролық зерттеу желісі үшін маңызды жетістік болды. Бұл қондырғы басқарылатын синтезде жұмыс істейтін жаһандық жобалармен тығыз байланысты. Олардың қатарында — ITER, Францияда салынып жатқан әлемдегі ең ірі эксперименттік реактор, және бірқатар басқа жетекші қондырғылар, атап айтқанда Ұлыбританиядағы JET, Жапониядағы JT-60SA, Қытайдағы EAST және Оңтүстік Кореядағы KSTAR. 

Бұл жобалардың әрқайсысы термоядролық синтездің әртүрлі аспектілерін зерттеуде маңызды рөл атқарады. Мысалы, JET Еуропада ұзақ уақыт бойы анықтамалық қондырғы болды және жабылғанға дейін термоядролық энергияның рекордын сақтап қалды. Қытайлық EAST плазманы жоғары температурада ұстау аясында мамандандырылған, бұл ретте, KSTAR плазманы 100 миллион градустан жоғары температурада ұстау уақытын ұзарту бойынша жұмыс істейді. 

WEST, өз кезегінде, болашақ өнеркәсіптік термоядролық реакторлардың беріктігі үшін маңызды болып табылатын плазманың камера қабырғаларының материалдарымен өзара әрекеттесуін зерттеуге бағытталған. Оның жетістіктері ITER және басқа жобаларға реакторлардың ішкі компоненттерін салқындату және қорғау стратегияларын жақсартуға мүмкіндік береді, бұл коммерциялық термоядролық энергоблок жолындағы негізгі міндеттердің бірі болып табылады.

Термоядролық синтезге деген қызығушылық тез өсуде, бұл жаңа буын реакторларын зерттеу мен дамытуға қомақты инвестициялармен расталады. Францияда салынып жатқан ITER халықаралық жобасы осы саладағы ең ірі бастама болып табылады, оның бюджеті қазірдің өзінде 20 миллиард еуродан асады.

Соңғы жылдары жеке бастамалар белсенді дамып келеді. Массачусетс технологиялық институтымен байланысты Commonwealth Fusion Systems американдық компаниясы 2030 жылы табыс табуы тиіс SPARC реакторын салуға шамамен 2 миллиард доллар жинады. Құны 5,4 миллиард долларды құрайтын Helion Energy, Microsoft қолдауымен, 2028 жылға қарай термоядролық энергияны коммерциялық жеткізуді жоспарлап отыр, ал британдық Tokamak Energy (125 миллион доллар) және АҚШ-тан TAE Technologies (1,2 миллиард доллар) плазманы ұстаудың балама тәсілдерін әзірлеп жатыр. Ұлыбритания сондай-ақ 2040 жылға қарай әлемдегі алғашқы коммерциялық термоядролық электр станциясын құруға бағытталған STEP жобасын әзірлеуде. Оңтүстік Корея 2037 жылға қарай өнеркәсіптік реактордың прототипі болатын K-DEMO қондырғысы бойынша жұмыс жүргізуде. Инвестициялар мен әзірлемелердің өсуі термоядролық энергетика зертханалық зерттеулерден біртіндеп асып түсетінін көрсетеді.

Термоядролық синтез — көміртегі шығарындылары мен ұзақ өмір сүретін радиоактивті қалдықтарды өндірмейтін перспективалы энергия көзі. Атомдардың бөлінуінен айырмашылығы, ол дейтерий мен тритий сияқты жеңіл элементтердің қосылуын пайдаланып, орасан зор энергия бөледі. Оның басты артықшылығы — қауіпсіздік, себебі реакция бақылаудан шыға алмайды. Алайда, коммерциялық іске асырылғанға дейін көптеген инженерлік міндеттерді шешу керек: плазманы ұстап тұруды жақсарту, магниттік жүйелердің тиімділігін арттыру және реакторлар үшін тұрақты материалдар жасау. Термоядролық энергетика 2050 жылға қарай шешуші рөл атқаруы екіталай болса да, ол ХХІ ғасырдың екінші жартысында тұрақты электр желісінің негізі бола алады.