Світовий рекорд ядерного синтезу - багатообіцяючий крок до безмежної енергії
В останню мить перед закриттям 40-річний термоядерний реактор у Великобританії встановив новий світовий рекорд з виробництва енергії, наблизивши десятиліттями обіцяну чисту, безмежну енергію ще на крок до реальності.
Вчені на Об'єднаному європейському торі (JET) - величезній машині у формі пончика, відомій як токамак - виробили рекордні 69 мегаджоулів енергії термоядерного синтезу за п'ять секунд, перевершивши попередній рекорд у 59 мегаджоулів, встановлений у 2021 році. Це еквівалентно потужності 12,5 мегават, достатньої для забезпечення електроенергією близько 12 000 домогосподарств.
Міністр ядерної енергетики Великої Британії Ендрю Боуї назвав останній прорив "гідною лебединою піснею" для JET, яка завершила свою наукову діяльність наприкінці грудня 2023 року.
Понад 300 вчених та інженерів з EUROfusion, консорціуму дослідників з усієї Європи, взяли участь у знакових експериментах на колишньому випробувальному полігоні ядерного синтезу в Оксфорді.
Професор Амброджо Фасолі, керівник програми EUROfusion, сказав, що новий енергетичний рекорд "вселяє більшу впевненість" у майбутні термоядерні машини, такі як ІТЕР, термоядерний реактор вартістю 22 мільярди євро, який зараз будується у Франції.
"Окрім встановлення нового рекорду, ми досягли того, чого ніколи раніше не робили, і поглибили наше розуміння фізики термоядерного синтезу", - сказав італійський фізик.
Для проведення експерименту було використано лише 0,2 міліграма дейтерієво-тритієвого палива. Токамак бере ці ізотопи водню і нагріває їх до температур, вищих за сонячні, щоб їхні ядра злилися разом, вивільняючи величезну кількість енергії.
Під час роботи машина досягала температури 150 мільйонів градусів за Цельсієм, що тимчасово робило її найгарячішою точкою в нашій Сонячній системі.
Чому JET закривають?
У 1958 році, коли були розсекречені американські дослідження з термоядерного синтезу часів Другої світової війни, Росія, Великобританія, Європа, Японія та США почали перегони за розробку термоядерного синтезу для виробництва енергії.
Британці та європейці вирішили об'єднати зусилля, і так народився JET. Реактор був вперше введений в експлуатацію в 1983 році, а в 1997 році він встановив свій перший рекорд з виробництва термоядерної енергії.
JET залишався найдосконалішим експериментальним термоядерним реактором у світі до моменту його закриття. Експерименти на ньому мали вирішальне значення для розробки ITER та інших запланованих термоядерних пристроїв.
Великобританія та EUROfusion оголосили про закриття JET цього року ще у 2016 році, сподіваючись, що ITER вже буде запущений і працюватиме.
"ITER завжди розглядався як наступник JET, - каже Емілія Солано, дослідниця термоядерного синтезу в Національній термоядерній лабораторії Іспанії, що базується в Мадриді. "Але зараз ми стикаємося з величезним розривом у часі між двома експериментами з термоядерного синтезу. Нам потрібно подолати цей розрив".
ITER має розпочати реакції дейтерію-тритію лише у 2035 році - хоча це вже кілька разів відкладалося.
Солано є лідером петиції, запущеної в жовтні 2023 року проти закриття JET. 750 підписантів петиції вважають, що виведення з експлуатації є "серйозним науковим ударом", який матиме "негативний вплив" на світову термоядерну спільноту.
Існують також і політичні мотиви. Після Brexit Велика Британія вийшла з Європейського співтовариства з атомної енергії, яке фінансувало JET. Хоча до цього року обидва регіони все ще працювали разом, Великобританія чітко дала зрозуміти, що відтепер вона переслідує свої власні, окремі інтереси у сфері термоядерного синтезу.
Наприкінці минулого року уряд Великобританії підтвердив, що не братиме участі в мегапроекті ITER, в якому беруть участь багато країн, включаючи ЄС, Росію, США і Китай.
"Відповідно до уподобань британського термоядерного сектору, Великобританія вирішила реалізовувати внутрішню стратегію розвитку термоядерної енергетики замість участі в програмі ЄС "Євратом", - заявили в уряді.
Наразі Великобританія розробляє проект Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) - підключений до мережі термоядерний реактор вартістю 2 мільярди фунтів стерлінгів, який має на меті виробляти більше електроенергії, ніж споживає.
Закриття JET багато в чому символізує розрив відносин між Великою Британією та європейською науково-технічною спільнотою після Брекзиту. І все ж, робота, яка вже була виконана, може виявитися критично важливою для прокладання шляху до життєздатного виробництва енергії термоядерного синтезу в майбутньому.
Чи може термоядерний синтез бути ефективним?
Досягнення JET - важлива віха, але вчені все ще далекі від того, щоб зробити термоядерну енергію комерційно життєздатною. Під час грудневого експерименту було спожито набагато більше енергії, ніж вироблено, а реакція тривала лише п'ять секунд.
Хоча команді з Національного центру запалювання США вдалося створити реакцію термоядерного синтезу, яка виробила більше енергії, ніж спожила - процес, відомий як "запалювання", - їхня установка була здебільшого призначена для експериментів з ядерними боєголовками, а не для отримання енергії термоядерного синтезу, яка потрібна нам для енергозабезпечення міст і будинків.
Залишається багато інших викликів, таких як розробка матеріалів, здатних витримати перегрівання в реакторі, підтримання плазми в стабільному стані та підтримання реакції протягом достатнього періоду часу, щоб виробляти надійну енергію.
У той самий день, коли відбулася знакова подія JET, кліматична служба ЄС оголосила, що глобальне потепління вперше за цілий рік перевищило доіндустріальний рівень на 1,5°C. Це означає, що Паризька кліматична угода не буде виконана. Це означає, що ми вже не виконали Паризьку угоду.
Хоча перспектива великої, чистої, безмежної енергії термоядерного синтезу звучить як швидке вирішення кліматичної кризи, це може виявитися занадто мало і занадто пізно. Анека Хан з Манчестерського університету застерігає від інтерпретації прогресу в дослідженнях термоядерного синтезу як можливого рішення для енергетичного переходу.
У короткостроковій перспективі нам потрібно використовувати існуючі низьковуглецеві технології, такі як розщеплення і відновлювані джерела енергії, а в довгостроковій перспективі інвестувати в термоядерний синтез, щоб стати частиною різноманітного низьковуглецевого енергетичного міксу".
