Термоядерный реактор в Америке будет готов к 2025 году

Термоядерный реактор в Америке будет готов к 2025 году

Жизнеспособный термоядерный реактор, который выделяет больше энергии, чем потребляет, может быть здесь уже в 2025 году.

Это вывод из семи новых исследований, опубликованных 29 сентября в Journal of Plasma Physics .

Если термоядерный реактор достигнет этого рубежа, он может открыть путь для массового производства чистой энергии.

Во время синтеза атомные ядра вынуждены вместе образовывать более тяжелые атомы . Когда масса образовавшихся атомов меньше массы атомов, которые пошли на их создание, избыточная масса преобразуется в энергию, высвобождая необычайное количество света и тепла . Термоядерный синтез приводит в действие солнце и звезды, поскольку могущественная гравитация в их сердцах сплавляет водород с образованием гелия .

Но требуется огромное количество энергии, чтобы заставить атомы слиться вместе, что происходит при температуре не менее 180 миллионов градусов по Фаренгейту (100 миллионов градусов по Цельсию). Однако такие реакции могут генерировать гораздо больше энергии, чем им требуется. В то же время термоядерный синтез не производит парниковых газов, таких как углекислый газ, которые вызывают глобальное потепление , и не производит других загрязнителей. А топлива для термоядерного синтеза, такого как водород , на Земле достаточно, чтобы удовлетворить все потребности человечества в энергии на миллионы лет.

«Практически все мы занялись этим исследованием, потому что пытаемся решить действительно серьезную глобальную проблему», — сказал автор исследования Мартин Гринвальд, физик плазмы из Массачусетского технологического института и один из ведущих ученых, разрабатывающих новый реактор. «Мы хотим оказать влияние на общество. Нам нужно решение проблемы глобального потепления — иначе цивилизация окажется в беде. Похоже, это может помочь исправить это».

В большинстве экспериментальных термоядерных реакторов используется российская конструкция в форме пончика, называемая токамаком. В этих конструкциях используются мощные магнитные поля, чтобы удерживать облако плазмы или ионизированного газа при экстремальных температурах, достаточно высоких, чтобы атомы слились вместе. Новое экспериментальное устройство, получившее название SPARC (самый быстрый / маленький доступный надежный компактный реактор, финансируемое из частных источников), разрабатывается учеными Массачусетского технологического института и дочерней компанией Commonwealth Fusion Systems.

Если это удастся, SPARC станет первым устройством, которое когда-либо достигнет «горящей плазмы», в которой тепло от всех термоядерных реакций поддерживает термоядерный синтез без необходимости накачивать дополнительную энергию. Но никому никогда не удавалось использовать силу горящей плазмы в контролируемой реакции здесь, на Земле, и необходимы дополнительные исследования, прежде чем SPARC сможет это сделать. Строительство проекта SPARC, запущенного в 2018 году, планируется начать в июне следующего года, а реактор начнет работу в 2025 году. Это намного быстрее, чем крупнейший в мире проект термоядерной энергетики, известный как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER), который был задумана в 1985 году, но запущена на рынок только в 2007 году; и хотя строительство началось в 2013 году, ожидается, что проект не вызовет реакцию синтеза до 2035 года.

Одно из преимуществ SPARC перед ITER заключается в том, что магниты SPARC предназначены для ограничения его плазмы. SPARC будет использовать так называемые высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые стали коммерчески доступными только в последние три-пять лет, спустя много времени после того, как был впервые разработан ИТЭР. Эти новые магниты могут создавать гораздо более мощные магнитные поля, чем у ITER — максимум 21 тесла, по сравнению с максимумом ITER 12 тесла. (Для сравнения, сила магнитного поля Земли колеблется от 30 миллионных до 60 миллионных долей тесла.)

Эти мощные магниты предполагают, что ядро ​​SPARC может быть примерно в три раза меньше в диаметре и в 60-70 раз меньше по объему, чем сердце ITER, которое должно быть шириной 6 метров. «Такое резкое уменьшение размеров сопровождается уменьшением веса и стоимости», — сказал Гринвальд LiveScience. «Это действительно меняет правила игры».

В семи новых исследованиях исследователи описали расчеты и моделирование суперкомпьютеров, лежащие в основе конструкции SPARC. Ожидается, что SPARC будет генерировать как минимум в два, а то и в 10 раз больше энергии, чем закачивается, как показали исследования.

Тепло от термоядерного реактора будет генерировать пар. Этот пар затем приводил в действие турбину и электрический генератор, так же, как сегодня производится большая часть электроэнергии.

«Термоядерные электростанции могут полностью заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и вам не придется для них реструктурировать электрические сети», — сказал Гринвальд. Напротив, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, «плохо приспособлены нынешним дизайном электрических сетей».

Исследователи в конечном итоге надеются, что термоядерные электростанции, вдохновленные SPARC, будут вырабатывать от 250 до 1000 мегаватт электроэнергии. «На нынешнем рынке электроэнергии в Соединенных Штатах электростанции обычно вырабатывают от 100 до 500 мегаватт», — сказал Гринвальд.

SPARC будет производить только тепло, но не электричество. После того, как исследователи построят и протестируют SPARC, они планируют построить реактор ARC (Affordable Robust Compact), который будет вырабатывать электроэнергию из этого тепла к 2035 году.

«Это очень амбициозно, но мы работаем над этой целью», — сказал Гринвальд. «Я думаю, это действительно правдоподобно».