Термоядерная энергия – голубая мечта ученых и энергетических компаний, скоро может воплотиться в реальность. Физики Массачусетского технологического института (МТИ) и компания Commonwealth Fusion Systems заявили о готовности создать работающий термоядерный реактор в течение ближайших 15 лет.
В основе получения термоядерной энергии лежит термоядерный синтез. В отличие от ядерного деления, представляющего собой процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, в ходе которого вырабатывается энергия, ядерный синтез позволяет получать энергию при синтезе (слиянии) более тяжелых атомных ядер из более легких (например, из водорода в гелий). Если в первом случае речь идет о принципах работы, например, атомных электростанций, то во втором мы говорим о процессах, подобных тем, что протекают в недрах звезд, в том числе и внутри нашего Солнца. При ядерном синтезе может производиться тепло в несколько сотен миллионов градусов Цельсия. И это тепло, говорят ученые, можно превратить в огромное количество электричества.
Разработками термоядерных реакторов ученые занимаются еще с 40-х годов прошлого века. Но каждый раз наука сталкивается с одной и той же проблемой, стоящей на пути получения чистой энергии – очень сложно создать реактор, способный выдержать рассчитанную нагрузку, не говоря уже о том, чтобы ее превзойти.
На данный момент наиболее обещающим вариантом конструкции термоядерного реактора является токамак – тороидальная камера с очень мощными магнитами. Эти магниты создают внутри камеры очень сильное магнитное поле, которое удерживает горячую плазму и обеспечивает таким образом условия, необходимые для протекания управляемого термоядерного синтеза.
Физики Массачусетского технологического института совместно с компанией Commonwealth Fusion Systems собираются разработать компактный токамак SPARC, способный генерировать 100 мегаватт тепловой энергии. Эта тепловая энергия не будет конвертироваться в электричество, но будет использоваться для создания 10-секундных импульсов, уровня энергии которых хватит для питания, например, небольшого городка. Если эксперимент окажется успешным, то ученые создадут более крупный реактор, генерирующий 200 мегаватт.
В основе компактного токамака будут лежать очень мощные сверхпроводящие магниты из оксида иттрия-бария-меди (YBCO), способные генерировать магнитное поле рекордной силы. Например, YBCO-магнит, созданный National High Magnetic Field Laboratory, создает поле силой в 32 теслы. Кроме того, высокотемпературный сверхпроводник способен работать при высокой температуре 77 кельвинов (-196,15 градуса Цельсия), в то время как большинство сверхпроводников из других материалов функционируют при температурах, близких к абсолютному нулю (-273 градуса Цельсия).
Не только МТИ в настоящий момент занимается поиском решения проблемы термоядерной энергии. Например, в декабре 2017 года сообщалось, что международный термоядерный экспериментальный реактор ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, ИТЭР) построен наполовину. По словам генерального директора проекта Бернарда Биго, установку планируется запустить в 2025 году. Проверкой идей, которые можно будет применить на более крупных реакторах, занимается также и британская компания Tokamak Energy.
