Китай объявляет о создании гибридной электростанции ядерного синтеза и деления к 2028 году
30 декабря 2021 года экспериментальная группа передовых сверхпроводящих токамаков в Лаборатории физики плазмы в Хеффи объявила об успешной поддержке плазмы при температуре более 70 миллионов градусов Цельсия в течение более 17 минут. Амбиции Китая в области термоядерного синтеза теперь кажутся безграничными: планируется построить крупнейшую в мире импульсную электростанцию. По словам главного ученого проекта, страна может получить термоядерную энергию к 2028 году.
Сегодня термоядерный синтез рассматривается как святой Грааль энергетики. Мощная, чистая, безопасная и неисчерпаемая, термоядерная энергия представляет собой настоящий прорыв для человечества. Тем не менее, она остается труднодостижимой. Несмотря на успехи, достигнутые государственными и частными организациями за последнее десятилетие, ни одна лаборатория пока не смогла построить реактор, вырабатывающий больше энергии, чем необходимо для начала термоядерной реакции. Однако исследователи устанавливают один рекорд за другим. Недавно на Токамаке (KSSTAR) в Южной Корее в течение 30 секунд поддерживалась плазма при температуре 100 миллионов градусов Цельсия.
Вопреки всем ожиданиям, Китай объявил о весьма амбициозной программе. Он одобрил строительство крупнейшей в мире импульсной электростанции в Ченду, Сычуань. Профессор Пан Шаньцзюэ, ведущий ученый и эксперт по ядерной энергии в Китайской академии инженерной физики, считает, что его страна получит термоядерную энергию в ближайшие шесть лет. Достижение впервые в мире энергетических масштабов термоядерной энергии станет важнейшей вехой на пути человечества к термоядерной энергии».
Термоядерная энергия — это особенно сложный процесс, требующий экстремальных температур (около 100 миллионов градусов Цельсия) и передовых методов удержания плазмы. По словам профессора Сянцзюэ, приведенным в газете South China Morning Post, «термоядерное зажигание — это жемчужина высочайшей науки и техники в современном мире».
В дополнение к последнему рекорду, установленному корейским токамаком, в конце 2021 года торус «Европейско-американское сотрудничество» также побил рекорд по выработке 59 видов энергии за 59 секунд. Это большой шаг вперед для реактора, который будет служить испытательным стендом для проекта ИТЭР. Как и большинство существующих экспериментальных термоядерных реакторов, эти конструкции основаны на магнитном удержании термоядерного синтеза. Будущие китайские электростанции, однако, будут основаны на совершенно другой технологии. А именно, планируется проводить термоядерные реакции с инерционным удержанием, достигаемым за счет осевых защемлений (или Z-линий).
Читайте также: Ядерный синтез: Китай поддерживает плазму в течение 17 минут
Передовой сверхпроводящий экспериментальный Токамак (Восток), один из шести китайских реакторов нуклеосинтеза, поддерживает плазму, нагретую до..
Такой подход более эффективен и экономичен, поскольку реакторы с Z-пинчами не требуют магнитных катушек или сложного массива дорогостоящих экранирующих материалов. Топливная капсула (гаситель и тритий) находится в центре массы на цилиндре из металлической проволоки (вольфрамовой или алюминиевой). Затем мощный электрический импульс испаряет этот цилиндр, превращая его в плазму, а магнитное поле, создаваемое током, сжимает эту плазму. Резкое увеличение давления плазмы приводит к мощному рентгеновскому излучению, которое сжимает капсулу, содержащую атомы, затронутые слиянием.
Z-машины могут накапливать большое количество электроэнергии и высвобождать ее за несколько наносекунд. Первоначально они предназначались для производства ядерного оружия. Строительство новой Z-машины планируется завершить в 2025 году, и ожидается, что она будет производить 50 000 000 000 ампер электроэнергии. Это почти в два раза больше Z-машин, чем может быть произведено в Сандианском институте в Альбукерке, штат Нью-Мексико.
Комбинирование энергии синтеза и деления для повышения эффективности
Ни одна из существующих Z-машин не может производить больше энергии, чем требуется для генерации электрических импульсов, и Сянцзюэ в своей презентации сказал, что он и его команда пытаются запустить термоядерную реакцию с небольшим количеством топлива. Они планируют регулировать процедуру, чтобы ограничить высвобождаемую энергию импульса несколькими сотнями миллионов джоулей. Это примерно соответствует энергии 20-килограммовой упаковки тротила.
Однако, в отличие от большинства современных экспериментов, энергия термоядерного синтеза, производимая на этой китайской установке, не будет использоваться непосредственно для выработки электроэнергии. Задача состоит в том, чтобы создать поток быстрых частиц, которые сталкиваются с ураном, топливом для компонента деления установки. Задача состоит в том, чтобы создать поток быстрых частиц, которые сталкиваются с ураном, топливом для делящегося компонента установки, поскольку Пекин хочет построить гибридную электростанцию, основанную как на энергии синтеза, так и деления.
Более конкретно, стенки термоядерной камеры будут покрыты ураном, который будет поглощать частицы, образующиеся при термоядерном синтезе, образуя два более легких элемента. Этот процесс аналогичен тому, который используется сегодня на атомных электростанциях. По мнению ученых проекта, такое сочетание реакций повышает общую тепловую эффективность установки в 10-20 раз.
Очевидно, что это может значительно ускорить использование и коммерциализацию термоядерной энергии. С другой стороны, такой подход влечет за собой те же риски и недостатки, что и нынешние атомные электростанции, а именно риск ядерных аварий и утилизацию радиоактивных отходов. Кроме того, остается много проблем, включая разработку компонентов для поддержания этой двойной реакции.
Однако, как сообщает The Eurasian Times, ученые утверждают, что используют методы, отличные от западных, и заявляют, что их подход более эффективен (разумеется, они разрабатываются в полной секретности). График работы команды очень амбициозен: к 2028 году термоядерная энергия будет готова, к 2035 году технология будет готова к коммерческому использованию.
