Китай объявляет о создании гибридной электростанции ядерного синтеза и деления к 2028 году
30 декабря 2021 года команда экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего токамака в Институте физики плазмы в Хэфэе объявила, что ей удалось поддерживать плазму в течение более 17 минут при температуре свыше 70 миллионов градусов. Амбиции Китая в области термоядерной энергии теперь кажутся безграничными: он планирует построить крупнейшую в мире импульсную электростанцию. По словам главного ученого проекта, страна может получить термоядерную энергию к 2028 году.
Ядерный синтез сегодня считается Святым Граалем энергии. Мощная, чистая, безопасная и неисчерпаемая термоядерная энергия стала бы настоящим прорывом для человечества. Однако она по-прежнему остается неуловимой. Несмотря на прогресс, достигнутый за последние десять лет государственными и частными организациями, ни одной лаборатории ни в одной стране пока не удалось построить реактор, вырабатывающий больше энергии, чем необходимо для начала термоядерной реакции. Однако исследователи ставят рекорд за рекордом: недавно корейский токамак (KSTAR) поддерживал плазму при температуре 100 миллионов градусов в течение 30 секунд.
Вопреки всем ожиданиям, Китай только что объявил об особенно амбициозных планах: он одобрил строительство крупнейшей в мире импульсной электростанции, которая будет расположена в Чэнду, в провинции Сычуань. Профессор Пэн Сяньцзюэ, ведущий ученый Китайской академии инженерной физики и эксперт в области ядерной энергии, считает, что его страна получит термоядерную энергию в течение ближайших шести лет. "Быть первым в мире, кто достигнет выделения термоядерной энергии в энергетическом масштабе, будет самой важной вехой на пути к термоядерной энергии для людей", — сказал он 9 сентября на встрече, организованной пекинским аналитическим центром Techxcope.
Производство термоядерной энергии - особенно сложный процесс, требующий экстремальных температур (порядка 100 миллионов градусов) и сложнейших технологий удержания плазмы. По словам профессора Сяньцзюэ, "термоядерное зажигание - это жемчужина науки и техники в современном мире", сообщает South China Morning Post.
Помимо последнего рекорда корейского токамака, в конце 2021 года совместная европейская коллаборация "Торус" также побила рекорд, произведя 59 мегаджоулей энергии в течение 5 секунд - огромный шаг вперед для этого реактора, который служит испытательным стендом для проекта ИТЭР. Эти проекты, как и большинство существующих экспериментальных термоядерных реакторов, основаны на магнитном удержании термоядерного синтеза. Но будущая китайская электростанция будет опираться на совершенно другую технологию: планируется производить термоядерную реакцию путем инерционного удержания, достигаемого осевым защемлением (или Z-pinch).
Этот подход может быть более эффективным и экономичным, поскольку для реакторов Z-pinch не требуются сложные массивы магнитных катушек или дорогостоящие экранирующие материалы. Капсула с топливом (дейтерий и тритий) помещается в центр цилиндрического массива металлических проводов (вольфрамовых или алюминиевых). Затем сильный электрический импульс испаряет этот цилиндр и превращает его в плазму, а магнитное поле, создаваемое током, сжимает эту плазму. Резкое увеличение давления плазмы создает сильное рентгеновское излучение, которое, в свою очередь, сжимает капсулу, содержащую атомы, подлежащие слиянию.
Z-машины могут накапливать огромное количество электроэнергии и высвобождать ее за несколько наносекунд. Изначально они были предназначены для производства ядерного оружия. Эта новая Z-pinch машина должна быть завершена в 2025 году и, как ожидается, будет производить 50 миллионов ампер электроэнергии. Это почти в два раза больше, чем способна произвести "Z-машина" в Сандийской лаборатории в Альбукерке, штат Нью-Мексико.
Комбинирование энергии синтеза и деления для повышения эффективности
Ни одной из существующих Z-машин пока не удалось выработать больше энергии, чем требуется для создания электрического импульса. В своей презентации Сяньцзюэ сказал, что он и его команда попытаются инициировать термоядерную реакцию с помощью скромного количества топлива. Они намерены регулировать процедуру, чтобы ограничить высвобождаемую энергию импульса несколькими сотнями миллионов джоулей - примерно такой же энергией обладает 20-килограммовый пакет тротила.
Но в отличие от большинства современных экспериментов, энергия термоядерного синтеза, вырабатываемая этой китайской установкой, не будет использоваться непосредственно для электроснабжения: цель состоит в том, чтобы создать поток быстрых частиц, которые ударят в уран, топливо для компонента деления установки. Задача состоит в том, чтобы создать поток быстрых частиц, которые ударят по урану, топливу для делящегося компонента установки, поскольку Пекин хочет построить гибридную электростанцию, основанную как на термоядерном синтезе, так и на энергии деления.
Говоря конкретнее, стены камеры термоядерного зажигания будут покрыты ураном, который будет поглощать частицы, образующиеся в результате термоядерного синтеза, образуя два более легких элемента - процесс, аналогичный тому, который используется на нынешних атомных электростанциях. По оценкам ученых проекта, такое сочетание реакций позволит увеличить общую тепловую эффективность установки в 10-20 раз.
Это, очевидно, может значительно ускорить использование и коммерциализацию термоядерной энергии. С другой стороны, этот подход сопряжен с теми же рисками и недостатками, что и нынешние атомные электростанции - а именно, риск ядерных аварий и обращение с радиоактивными отходами. Кроме того, остается ряд проблем, таких как разработка компонентов, способных поддерживать эту двойную реакцию.
Однако, как сообщает The Eurasian Times, ученые утверждают, что используют методы, отличные от западных, утверждая, что их подходы более эффективны (разумеется, они разрабатываются в полной секретности). График работы команды очень амбициозен: произвести энергию ядерного синтеза к 2028 году и усовершенствовать технологию для коммерческого применения к 2035 году.