МОСКВА, 15 янв , Захар Андреев. Физики из Китайской академии наук сделали важный шаг на пути к созданию термоядерной энергетики: на экспериментальном сверхпроводящем токамаке (EAST) в Хэфэе впервые удалось преодолеть так называемый предел Гринвальда. Действительно ли мир приблизился к «искусственному Солнцу» и почему Илон Маск считает эти усилия «суперглупыми» — в материале.
Солнце светит и греет, потому что атомы водорода сливаются, образуя гелий. «Побочный эффект» — огромное количество энергии. Синтез происходит за счет того, что в ядре звезды возникают колоссальное давление и экстремально высокая температура. Воспроизвести этот процесс на Земле сложно: гравитацию светила не повторить, а значит, вещество придется либо сильно сжать, либо раскалить до температур, многократно превышающих солнечные. Но в последнем случае плазму не удержит ни один известный материал.
Чтобы обойти эти ограничения, советские ученые придумали токамак — «тороидальную (то есть в форме бублика) камеру с магнитными катушками». Согласно этой концепции, плазма внутри удерживается от соприкосновения со стенками с помощью магнитного поля.
Однако за 70 лет (токамак изобрели в 50-х) теорию так и не воплотили в жизнь: все действующие установки такого типа — экспериментальные. Для того чтобы появилась коммерческая электростанция, работающая за счет ядерного синтеза, предстоит решить целый ряд научных и инженерных задач.
Так, необходимо достичь чрезвычайно высокой плотности плазмы. Это одно из ключевых условий так называемого критерия Лоусона для получения энергии. Однако долгие годы существовало эмпирическое правило — предел Гринвальда, выше которого плазма становится нестабильной, тогда реакция срывается. Ученые из Китайской академии наук нашли способ это правило нарушить. Их работа опубликована в журнале Sciences Advances.
Исследователи опирались на недавно разработанную теорию, которая объясняет, почему в реакторе нельзя бесконечно повышать плотность плазмы. Все дело в стенках: раскаленный шнур внутри тороидальной камеры выбивает из них примеси, которые «охлаждают» и в конечном счете срывают реакцию. Согласно этой теории, реально найти такой режим, где стенка почти не портит плазму, и тогда плотность можно сильно увеличить.
Эксперимент на токамаке EAST это подтвердил. Ученые, сильнее нагрев плазму в начале и увеличив количество газа, смогли снизить температуру у стенок. Это уменьшило поступление примесей в плазму, которая сохраняла стабильность при рекордно высокой плотности, как и предсказывала теория. В серии экспериментов средняя плотность превысила предел Гринвальда на 30 и 65 процентов.
По словам ведущего автора исследования Чжу Пина из Хуачжунского университета науки и технологий, команде удалось найти практичный, а главное, масштабируемый путь увеличения предельных значений плотности в термоядерных установках.
А французский физик-теоретик Жеронимо Олайя на страницах Nature заявил, что «результаты очень многообещающие и должны быть изучены на других токамаках».
Российские же коллеги прокомментировали работу сдержанно. «Хотя такой шаг и не выглядит очень глобальным, но он значим, поскольку современные установки работают уже максимально близко к требуемым для реактора характеристикам», — говорит заведующий кафедрой физики плазмы МИФИ Юрий Гаспарян.
Он отмечает, что в последние годы в термоядерной энергетике целая серия рекордов — и по длительности удержания, и по температуре.
«Однако каждый новый шаг сегодня упирается в пределы существующих установок. Дальнейший прогресс требует уже следующих поколений реакторов, — продолжает ученый. — Сейчас, например, запущена крупнейшая установка JT-60SA в Японии; вскоре ожидается запуск международного реактора ITER, а Китай амбициозно планирует к концу 2027 года ввести в строй новую установку BEST, которая, возможно, впервые продемонстрирует Q>1, то есть выход термоядерной энергии, превышающий затраты на нагрев плазмы».
Однако вместе с развитием этого направления усиливаются и голоса скептиков «термояда»: недавно их лагерь пополнился сильной фигурой.
В декабре глава компаний SpaceX и Tesla Илон Маск написал в собственной соцсети Х, что у человечества уже есть готовый «термоядерный реактор» — Солнце и нужно лишь научиться правильно использовать его энергию.
«Солнце — это огромный бесплатный термоядерный реактор на небе. Создавать крошечные термоядерные реакторы на Земле — полная глупость. Прекратите тратить деньги на эти жалкие реакторы», — заявил бизнесмен.
В отличие от американского миллиардера, Гаспарян оценивает перспективы термоядерной энергетики позитивно.
«Движение, безусловно, есть, и в последние годы наметилась новая волна научной гонки, где участники подстегивают друг друга. Особый драйв внес Китай, что дало стимул для развития и другим странам. Однако путь до коммерческого реактора, который будет не только производить энергию, но и делать это рентабельно, пока еще измеряется десятками лет», — говорит эксперт.
Впрочем, идею Маска о том, чтобы размещать в космосе установки для лучшего извлечения энергии Солнца, физик также не отметает.
«Что касается альтернатив, таких как космические солнечные электростанции, то интерес к ним, безусловно, будет сохраняться, особенно пока термоядерный синтез остается задачей будущего. Если найдется эффективный и экономичный способ передачи энергии, это будет прорывом», — говорит он.
Возможно, если Маск и его сторонники перейдут от слов к делу, то вслед за «лунной гонкой» может появиться «солнечная» — и она, вероятно, пойдет на пользу человечеству, независимо от исхода.
Источник: РИА Новости