Науковці на крок ближче до чистої, нескінченної енергії

Найпотужніша імпульсна система надпровідних магнітів з коли-небудь побудованих завершена і незабаром стане частиною найграндіознішого енергетичного експерименту в світі.

Система є центральним електромагнітом Міжнародного термоядерного експериментального реактора (ITER), височенним магнітним осердям, побудованим і випробуваним у США і призначеним для південної Франції, де в рамках міжнародного проекту збирається гігантський токамак. Магнітна система слугуватиме електромагнітним “серцем” реактора, достатньо сильним – за словами ITER – щоб підняти авіаносець.

Для непосвячених: Токамаки – це посудини у формі пончика, які містять перегріту плазму для ядерного синтезу, енергетичної реакції, що живить зірки, такі як наше Сонце. Токамаки утримують плазму, генеруючи дуже сильні магнітні поля, що зумовлює важливість центрального електромагніту ІТЕР.

ITER покликаний підтвердити, що ядерний синтез є життєздатним джерелом енергії, хоча жодна з потужностей реактора не буде використана для живлення чого-небудь. ITER – це просто гігантський і дорогий демонстратор технологій, який все більше наближається до того, щоб увімкнути вимикач і відтворити енергію Сонця тут, на Землі. Це масштабна співпраця, в якій беруть участь понад 30 країн, що має на меті довести, що енергію термоядерного синтезу – по суті, зіткнення атомів до утворення інших атомів з вивільненням величезної кількості енергії – можна використати і перетворити на комерційно життєздатне і, по суті, безмежне джерело електроенергії.

Нещодавно завершена магнітна система не працюватиме сама по собі. Центральний електромагніт приєднується до шести масивних кільцеподібних полоїдальних магнітів, побудованих і доставлених з Європи, Китаю та Росії, утворюючи 3000-тонну (2721 тонну) систему надпровідників, охолоджену до -452,2 градусів за Фаренгейтом (-269 градусів за Цельсієм). Разом переохолоджені магніти вловлюватимуть і формуватимуть палючу плазму з температурою 270 мільйонів градусів за Фаренгейтом (50 мільйонів градусів за Цельсієм) – в десять разів гарячішу за ядро Сонця – доки атомні ядра не зіллються і не вивільнять десятикратну енергію.

Комерційно життєздатний термоядерний синтез вже давно є граалем чистої енергії, і очікується, що установка ITER зможе генерувати 500 мегават енергії лише з 50 мегават на вході. Така віддача енергії ознаменувала б початок самопідтримуваної “палаючої плазми” – хоча до цієї мети ще довгий шлях.

Приватні компанії намагаються продемонструвати менші конструкції токамаків як потенційний спосіб реалізації майбутнього термоядерного синтезу, хоча жоден з цих підходів поки що не став проривним.

У 2022 році Міністерство енергетики США та Ліверморська національна лабораторія імені Лоуренса оголосили про чистий приріст енергії в реакції термоядерного синтезу на Національній запальній установці – але навіть цей найвищий показник не враховує “пристінну енергію”, яка використовувалася в експерименті, що робить його ще одним кроком у марафоні на шляху до життєздатної термоядерної енергетики, а не скороченням шляху до фінішної лінії.

ITER – це не просто фізичний експеримент, це геополітичний флекс. Незважаючи на напруженість у відносинах між країнами-учасницями, проект забезпечив будівництво компонентів і досягнув поставлених цілей до 2024 року. (Минулого року в рамках співпраці також було започатковано проект термоядерного синтезу в приватному секторі для обміну даними і просування науково-дослідницьких цілей проекту). США побудували електромагніт і опорну конструкцію, Європа займається вакуумною камерою, Росія надала масивні надпровідники і шини для реактора, а Корея, Японія, Китай та Індія зробили свій внесок у створення життєво важливих частин ядра реактора токамака.

“Завдяки ІТІР ми показуємо, що стале енергетичне майбутнє і мирний шлях вперед можливі”, – сказав П’єтро Барабаскі, генеральний директор ІТІР, у спільному прес-релізі. Звичайно, ІТЕР ще не реалізував частину свого проекту, що стосується “сталого енергетичного майбутнього”, тому не варто затримувати подих і щодо мирного майбутнього.

Зараз, на етапі складання, ITER набирає обертів на шляху до своїх реальних цілей, дещо збільшуючи темп завдяки кропіткій роботі з виготовлення його складових частин. Якщо вона запрацює, ця намагнічена машина може стати переломним моментом на шляху до безвуглецевого енергетичного майбутнього – навіть якщо вона не вноситиме свій внесок у саму енергосистему.