В то время как мир с нетерпением ожидает запуска Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) – самого амбициозного ядерного проекта в истории, который запланирован на конец 2025 года для получения первой плазмы, многие токамаки по всему миру достигают рекордов в термоядерном синтезе, прежде недостижимых.
Одним из таких лидеров является Корейский сверхпроводящий токамак перспективных исследований (KSTAR) в Тэджоне, Южная Корея. В сентябре 2022 года команда KSTAR поразила мир, удерживая плазму при температуре 100 градусов Цельсия (в семь раз выше, чем на Солнце) в течение 30 секунд. Это был значительный прогресс. С тех пор реактор KSTAR претерпел серьезные модернизации: угольный дивертор был заменен на вольфрамовый. Эти улучшения, а также новые достижения в нагреве и управлении плазмой, позволили KSTAR улучшить свой рекорд на целых 18 секунд.
«Это был первый эксперимент с использованием новых вольфрамовых диверторов, и несмотря на это, тщательное тестирование и подготовка позволили нам достичь результатов, превосходящих предыдущие рекорды KSTAR», — отметил директор исследований KSTAR, Си-Ву Юн. «Мы планируем постепенно увеличивать производительность устройств нагрева и управления током, а также обеспечивать безопасность ключевых технологий, необходимых для высокопроизводительных операций с длинноимпульсной плазмой, чтобы достичь нашей конечной цели».
Диверторы играют ключевую роль в токамаках: они аналогичны выпускным клапанам в ядерных установках, удаляя тепло и гелиевую золу из плазмы. Из-за своего прямого контакта с плазмой крайне важно, чтобы диверторы могли выдерживать тепловые нагрузки. Вольфрам, в отличие от углерода, имеет более высокую температуру плавления и меньше вероятность прилипания плазменных частиц к его поверхности.
Эти новые возможности делают вольфрам предпочтительным материалом и для ИТЭР. Таким образом, KSTAR будет обеспечивать ценные данные как для ИТЭР, так и для проектов, таких как Демонстрационная электростанция (DEMO) – следующий этап после ИТЭР в термоядерном синтезе.
«Эти исследования открывают путь к основным технологиям, необходимым для DEMO», — сказал президент Корейского института термоядерной энергии, Сук Джэ Ю. «Мы будем продолжать работу над обеспечением безопасности ключевых технологий для эксплуатации ИТЭР и строительства будущих реакторов DEMO».
48 секунд – только начало для KSTAR. Целью исследовательского центра является достижение устойчивого удержания плазмы в течение 300 секунд к 2026 году. Это требует не только материальных улучшений, таких как вольфрамовый дивертор, но и улучшения моделирования для оптимизации стабильности плазмы. Партнер KSTAR, Принстонская лаборатория физики плазмы, уже добилась успеха в управлении нестабильностью в экспериментальном реакторе DIII-D в Сан-Диего, что может быть применено и в KSTAR.
