Очередной мировой рекорд по продолжительности удержания плазмы

Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) — одна из технологий для исследования управляемого термоядерного синтеза. В нем высокотемпературная плазма удерживается с помощью мощных магнитных полей, создаваемых сверхпроводящими катушками. Плазма — это состояние вещества, при котором атомы разогреваются до таких температур, что их электроны отделяются от ядер, образуя ионизированный газ. Для запуска термоядерной реакции необходимо достичь температуры свыше 100 миллионов градусов, что значительно превышает температуру ядра Солнца. При таких условиях ядра атомов преодолевают электростатическое отталкивание и могут сливаться, выделяя большое количество энергии. Однако такая среда крайне нестабильна — любые возмущения или потери энергии могут привести к разрушению плазменного потока, что делает управление им одной из самых сложных технических задач. 

Время удержания плазмы является ключевым параметром успешности термоядерного реактора. Для получения энергии, превышающей затраты на нагрев, необходимо удерживать плазму в стабильном состоянии в течение нескольких минут. Именно поэтому каждый новый рекорд по продолжительности удержания является важным шагом на пути к созданию коммерческого термоядерного реактора.

Рекорд WEST важен не только как достижение самой установки, но и как ключевой шаг в подготовке к экспериментам на ITER. Новые данные о длительном удержании плазмы помогут ученым улучшить методы стабилизации и минимизации потерь энергии, что необходимо для перехода от лабораторных исследований к промышленному использованию термоядерной энергии.

Каждый из этих проектов играет свою роль в изучении различных аспектов термоядерного синтеза. Например, JET долгое время был эталонной установкой в Европе и до своего закрытия удерживал рекорд по выходу энергии от термоядерного синтеза. Китайский EAST специализируется на удержании плазмы при высоких температурах, в то время как KSTAR работает над продлением времени удержания плазмы при температурах свыше 100 миллионов градусов. 

WEST, в свою очередь, сосредоточен на изучении взаимодействия плазмы с материалами стен камеры, что имеет решающее значение для долговечности будущих промышленных термоядерных реакторов. Его успехи позволят ITER и другим проектам улучшить стратегии охлаждения и защиты внутренних компонентов реакторов, что является одной из ключевых задач на пути к коммерческому термоядерному энергоблоку.

Несмотря на установленный рекорд, исследования на WEST продолжаются. Ученые планируют увеличить температуру и продолжительность удержания плазмы, улучшить методы магнитного удержания и охлаждения. Главный вызов — контроль нестабильностей, которые могут приводить к потере энергии.

В последние годы активно развиваются частные инициативы. Американская компания Commonwealth Fusion Systems, связанная с Массачусетским технологическим институтом, привлекла около 2 миллиардов долларов на строительство реактора SPARC, который должен заработать в 2030 году. Helion Energy стоимостью 5,4 миллиардов долларов, при поддержке Microsoft, планирует коммерческую поставку термоядерной энергии уже к 2028 году, а британская Tokamak Energy (125 миллионов долларов) и TAE Technologies (1,2 миллиардов долларов) из США разрабатывают альтернативные подходы к удержанию плазмы. Великобритания также разрабатывает проект STEP, целью которого является создание первой в мире коммерческой термоядерной электростанции к 2040 году. Южная Корея ведет работу над установкой K-DEMO, которая должна стать прототипом промышленного реактора к 2037 году. Рост инвестиций и разработок указывает на то, что термоядерная энергетика постепенно выходит за рамки лабораторных исследований.

Термоядерный синтез — перспективный источник энергии, не производящий углеродных выбросов и долгоживущих радиоактивных отходов. В отличие от деления атомов, он использует слияние легких элементов, таких как дейтерий и тритий, выделяя огромную энергию. Его главное преимущество — безопасность, так как реакция не может выйти из-под контроля. Однако до коммерческого внедрения предстоит решить множество инженерных задач: улучшить удержание плазмы, повысить эффективность магнитных систем и создать устойчивые материалы для реакторов. Хотя термоядерная энергетика вряд ли сыграет ключевую роль к 2050 году, она может стать основой стабильной энергосистемы во второй половине XXI века.