Национальный исследовательский центр ядерного синтеза Южной Кореи достиг важной вехи со своим реактором токамак : поддержание температуры выше 100 миллионов градусов по Цельсию в течение 30 секунд.
Корейский центр перспективных исследований сверхпроводящих токамаков (KSTAR) — это признанный токамак, который с 2008 года работает над достижением своих основных целей. Он также является ключевой частью конвейера разработок, который в настоящее время приближается к масштабному проекту Международного термоядерного экспериментального реактора или ИТЭР. Так что да, каждая веха вдвойне важна в глобальном продвижении к энергии ядерного синтеза. Но значит ли это, что мы действительно стали ближе к новому типу реакторов?
Ядерная энергия — это общий термин, относящийся к технологиям, которые манипулируют ядрами атомов для выработки тепла, которое превращается в электрическую энергию. Атомные станции, действующие сегодня, используют технологию деления, то есть использование более тяжелых элементов, ядра которых принудительно расщепляются для высвобождения тепловой энергии. Сторонники говорят, что следующим важным событием в ядерной энергетике будет термоядерный синтез, когда в чрезвычайно легкие элементы принудительно добавляются дополнительные частицы или сливаются с их ядрами. В этом есть большие преимущества, но также и очень высокие затраты, потому что реакции синтеза требуют во много-много раз более высоких температур.
Новый рекорд KSTAR, хотя и захватывающий, подчеркивает дихотомию, которая проходит через всю отрасль ядерной термоядерной энергетики. Это потому, что наши физические сборки для поддержки искусственных солнц, таких как KSTAR, все еще сделаны из обычных материалов, связанных с Землей. Подумайте о том, как бы вы спроектировали какие-то леса, чтобы удерживать солнце: как вы могли бы сделать это без того, чтобы все сразу таяло? Даже идея сферы Дайсона в очень далеком будущем опирается на пустой буфер между звездой и пластинами, которые собирают ее энергию.
Внутри типичного токамака элементарные частицы находятся в состоянии вещества, известном как плазма — горячее газообразное образование, которое действует как единый поток. Плазма скручивается и удерживается мощными магнитами. В некоторых токамаках это "естественные" или немеханизированные магниты. В KSTAR они представляют собой чрезвычайно сильные сверхпроводящие магниты, которые должны поддерживаться при температуре, близкой к абсолютному нулю, чтобы работать должным образом. Это удобно, потому что весь "кожух" токамака тоже должен быть очень холодным — это один из немногих способов, позволяющих ему хотя бы на короткое время и на расстоянии выдерживать высокую температуру плазмы.
Вспомните классическую настольную игру "Операция". Токамак подобен металлическому пинцету, который вы должны использовать, чтобы достать и захватить пластиковые "части тела". Если коснуться сбоку, металлический пинцет проведет небольшой заряд и вызовет ужасный звук. Но в случае токамака прикосновение к боковой стороне вызывает немедленную реакцию, которая может мгновенно отключить весь токамак. Как и цепь между металлическим пинцетом и игровым полем, эта единственная точка прикосновения приводит к реакции, сигнализирующей о немедленной остановке.
Издание New Scientist, сообщая о новостях от KSTAR, говорит, что разрыв между нашими механическими и инженерными возможностями будет продолжать препятствовать — и даже определять — прогресс в области ядерной термоядерной энергии. Практически каждое испытание этого типа технологий до сих пор заканчивалось либо чрезмерной осторожностью, либо повреждением объекта, и у нас все еще всего 30 секунд. KSTAR, как и многие другие текущие эксперименты с токамаками, постоянно совершенствуется и модернизируется. В этом случае команда заменяет некоторые карбоновые детали на вольфрамовые для увеличения срока службы.
Итак, новости хорошие — реактор не поврежден, и команда KSTAR уже усердно работает над следующей версией эксперимента, который, по их словам, они планируют провести более 30 секунд. Конечно, в исследованиях ядерного синтеза всегда есть одно серьезное предостережение: ни один эксперимент по ядерному синтезу никогда не приближался к достижению температуры, необходимой для получения дополнительной энергии. Высокая стоимость энергии для нагрева плазмы и охлаждения контейнера создает огромный дефицит, который успешный токамак должен будет преодолеть и превысить, прежде чем он будет генерировать чистую энергию. Каждый шаг вперед захватывающий, но все равно кажется, что финишная черта очень далека.
