Зажигай термоядерное Солнце!

На прошлой неделе в Китае состоялся первый запуск нового реактора термоядерного синтеза, внутри которого зажглось «искусственное Солнце» термоядерных реакций. Этот новый реактор, HL-2M Tokamak, является самым большим и самым передовым на нынешний момент экспериментальным и исследовательским реактором термоядерного синтеза в Китае
Его запуск демонстрирует большой прогресс в данном направлении, которого удалось добиться китайским ученым и инженерам за последнее время.
Реактор HL-2M расположен в провинции Сычуань на юго-западе Китая, а его сооружение было закончено в конце прошлого года. Как и во всех реакторах типа токамак, в реакторе HL-2M используются сильнейшие магнитные поля, при помощи которых удерживается и сжимается плазменный шнур, температура которого может достигать 150 миллионов градусов Цельсия, приблизительно в 10 раз больше, чем температура в ядре Солнца. А прозвище «искусственное Солнце» этот реактор получил из-за огромного количества тепла и электрической энергии, которые он начнет вырабатывать в ближайшем времени.
Напомним нашим читателем, что такое термоядерный синтез. Это процесс, в котором ядра легких атомов сливаются друг с другом, образуя более тяжелые атомы. Это слияние сопровождается выделением большого количества энергии. Например, в нашем Солнце атомы водорода сливаются, образуя атом гелия, с выделением энергии и света.
Еще в середине ХХ века человечество хотело приручить этот источник энергии, воспроизведя технологию работы нашего Солнца. Говоря простым языком, для этого требовалось нагреть смесь определенных веществ (например, дейтерий и тритий) до температуры в 50 миллионов градусов и выше, тем самым превратив их в плазму. Такая высокая температура способна сильно разогнать легкие атомы, чтобы те преодолели «Кулоновский барьер» и сблизились на расстояние, достаточное для возникновения термоядерной реакции.
Прошло уже более 60 лет, с тех пор как впервые был применен термоядерный синтез, но мы так и не научились контролировать эту реакцию, чтобы получать из нее необходимые нам блага в виде энергии и отказаться от источников, загрязняющих нашу планету. К числу подобных источников можно отнести и современную атомную энергетику, использующую ядерную реакцию деления.
Итак, управляемый термоядерный синтез — это синтез более тяжёлых атомных ядер из более легких с целью получения энергии, который отличается от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах).
В будущем реактор HL-2M будет использоваться китайскими учеными для собственных исследований и для совместных исследований с учеными, работающими в рамках проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). В рамках проекта ITER на юге Франции ведется сооружение самого большого в мире экспериментального реактора термоядерного синтеза, который должен быть запущен в 2025 году.
И в заключение следует отметить, что реактор HL-2M является далеко не первым китайским экспериментальным реактором термоядерного синтеза. Китайские ученые работают в этом направлении с 2006 года, и им уже удалось несколько лет назад установить несколько рекордов по температуре плазмы и по времени удержания плазмы в камере экспериментального реактора EAST.
Наша страна тоже не отстает! Пуск российского термоядерного реактора назначен на конец декабря 2020 года. Можно сказать, что новый реактор может работать на воде.
По сути, в термоядерной установке используют газообразный водород (тяжелые изотопы водорода) в качестве основного типа топлива. Вместо радиоактивных элементов урана и плутония в термоядерной установке в качестве топлива будет использован дейтерий и тритий. Т.е. речь идет не об обычной воде, которая течет у нас из кранов, а об оксиде дейтерия — «тяжелой воде», которая имеет на 10 процентов большую плотность, а также более высокую температуру кипения по сравнению с обычной водой. Курчатовский институт должен запустить российский термоядерный реактор Т-15М в конце декабря.
Одна из первых термоядерных электростанций появится в России, поскольку серьезная техническая проблема, связанная с удержанием плазмы сильным магнитным полем, решена в Курчатовском институте с помощью системы охлаждения вольфрамовых плит на жидком литии, который будет бороться с перегревом и, как следствие, с разрушением вольфрамовых плит. Ученые также используют лед, в специальной ледяной ловушке, позволяющей разгонять микроскопические гранулы льда до скорости 1 км/с, после чего они вводятся внутрь облака из плазмы внутри установки. Программа разработки российского токамака Т-15 МД Курчатовского института тесно связана с международным проектом ITER.