Перенос источника энергии звезд на Землю может обеспечить нас электричеством с низким содержанием углерода на тысячелетия вперед.

Слияние — это процесс, происходящий в центре звезд и обеспечивающий энергию, которая движет Вселенной. Когда легкие ядра сливаются, образуя более тяжелое ядро, они выделяют всплески энергии. Это противоположно ядерному делению — реакции, которая используется сегодня на атомных электростанциях, — при которой энергия высвобождается, когда ядро ​​распадается на части, образуя более мелкие ядра.

Для производства энергии в результате синтеза здесь, на Земле, смесь водородных газов — дейтерия и трития — нагревают до очень высоких температур (более 100 миллионов градусов по Цельсию). Газ становится плазмой, а ядра объединяются, образуя ядро ​​гелия и нейтрон, при этом крошечная часть массы превращается в энергию «синтеза». Плазма с миллионами таких реакций каждую секунду может обеспечить огромное количество энергии из очень небольшого количества топлива.

Одним из способов управления сильно горячей плазмой является использование мощных магнитов. Самым передовым устройством для этого является «токамак», русское слово, обозначающее кольцеобразную магнитную камеру.Целью CCFE является разработка термоядерных реакторов с использованием концепции токамака.

Преимущества термоядерной энергии

В связи с растущими опасениями по поводу изменения климата и ограниченных запасов ископаемого топлива нам нужны новые, более эффективные способы удовлетворения нашего растущего спроса на энергию. Преимущества термоядерного синтеза делают его чрезвычайно привлекательным вариантом:

• Нет выбросов углерода. Единственными побочными продуктами термоядерных реакций являются небольшие количества гелия, инертного газа, который можно безопасно высвобождать, не нанося вреда окружающей среде.
• Обильные топлива. Дейтерий можно извлекать из воды, а тритий будет производиться внутри электростанции из лития, элемента, которого много в земной коре и морской воде. Даже при широком внедрении термоядерных электростанций этих запасов топлива хватило бы на многие тысячи лет.
• Энергоэффективность. Один килограмм термоядерного топлива может обеспечить такое же количество энергии, как 10 миллионов килограммов ископаемого топлива. Термоядерной электростанции мощностью 1 гигаватт потребуется менее одной тонны топлива в течение года работы.

• Меньше радиоактивных отходов, чем при делении. Побочный продукт реакции синтеза не содержит радиоактивных отходов. Радиоактивными становятся только компоненты реактора; уровень активности зависит от используемых конструкционных материалов. Проводятся исследования подходящих материалов, чтобы максимально минимизировать время распада.
• Безопасность. В термоядерном реакторе невозможна крупномасштабная ядерная авария. Количество топлива, используемого в термоядерных устройствах, очень мало (около веса почтовой марки в любой момент времени). Кроме того, поскольку процесс синтеза трудно начать и продолжать, отсутствует риск неконтролируемой реакции, которая может привести к расплавлению.
• Надежная мощность. Термоядерные электростанции будут разработаны для непрерывного производства большого количества электроэнергии. Прогнозируется, что после появления на рынке затраты будут в целом аналогичны другим источникам энергии.

Фьюжн в Великобритании

Программа исследований в области термоядерного синтеза в Соединенном Королевстве базируется в Калхемском центре термоядерной энергии (CCFE) в Оксфордшире, исследовательском подразделении Управления по атомной энергии Великобритании. Исследование финансируется Исследовательский совет по инженерным и физическим наукам и Европейским союзом в соответствии с договором о Евратоме.

Великобритания вносит свой вклад в исследования в области термоядерного синтеза двумя основными способами:

Собственная программа термоядерного синтеза, сосредоточенная на Модернизация MAST (сферический токамак Mega Amp) устройство. Обновление MAST основано на успехе оригинального токамака MAST (2000-2013 гг.) с новыми важными возможностями в таких областях, как стабильность плазмы и выхлоп. Британская программа также способствует подготовке к международному проекту ИТЭР и исследованиям в области физики плазмы и термоядерных материалов и технологий.

Действующий JET — объединенный европейский торус, крупнейший в мире токамак и флагманский эксперимент Европы. JET находится в Калхэме, где им управляет CCFE. от имени исследователей термоядерного синтеза по всей Европе по контракту между Европейской комиссией и Управлением по атомной энергии Соединенного Королевства.

Прогресс в исследованиях термоядерного синтеза

Исследователи преодолели многие научные препятствия в области термоядерного синтеза, разработав хорошее понимание того, как контролировать и удерживать горячую плазму топлива.

JET выпустила рекордный 59 мегаджоулей устойчивой энергии синтеза в течение пяти секунд (продолжительность эксперимента по синтезу) с использованием дейтерия и трития — той же топливной смеси, которая будет использоваться в будущих силовых установках. Во время этого эксперимента JET набрал в среднем мощность синтеза около 11 мегаватт.

Сегодняшним токамакам требуются высокие вспомогательные мощности для работы систем нагрева и питания магнитных катушек. Однако исследования по снижению этих требований, в частности, за счет использования сверхпроводящих магнитов, продолжаются. Эксперименты JET жизненно важны для следующего крупного международного эксперимента ITER, а также повлияют на работу по проектированию демонстрационных термоядерных силовых установок, DEMO и STEP.

CCFE является частью всемирной исследовательской программы, призванной показать жизнеспособность термоядерного синтеза. ИТЭР продемонстрирует физику управления термоядерной плазмой в масштабе электростанции. Сейчас задача состоит в том, чтобы разработать технологию и конструкцию токамаков для улавливания термоядерных нейтронов и производства электроэнергии. Это докажет, что термоядерный синтез работает не только в качестве эксперимента, но и экономически выгоден в масштабе электростанции.