ИТЭР во Франции

В центре участка ИТЭР площадью 180 га находится научная платформа площадью 42 га, где в настоящее время ведутся работы по строительству ИТЭР. Фото: Организация ИТЭР/EJF Riche, май 2021 г.

Принимающая сторона и сосед ИТЭР — исследовательский центр CEA Cadarache — сыграл важную роль в поддержке исследований на месте и в сплочении местных политических деятелей, поддерживающих идею приветствия ИТЭР во Франции.

Когда в конце 2005 года туда прибыла первая команда ИТЭР из шести человек, CEA Cadarache предоставила землю, временные офисы, электрические и гидравлические сети, а также критически важные услуги, такие как транспорт и доступ к столовой и лазарету. Он также учредил специальное агентство Agence Iter France для управления натурой и финансовыми взносами Франции в проект ИТЭР.В дополнение к вкладу в проект ИТЭР в качестве члена Европейского союза Франция взяла на себя и выполнила ряд конкретных обязательств.

Франция предоставила площадку для проекта и провела подготовительные работы, включая расчистку и выравнивание, ограждение и сети для воды и электричества. Он создал международную школу для семей сотрудников ИТЭР, адаптировал дороги вдоль маршрута ИТЭР для перевозки компонентов ИТЭР и внес свой вклад (совместно с Европейским внутренним агентством) в строительство штаб-квартиры ИТЭР.По окончании экспериментальной фазы ИТЭР Франция будет нести ответственность за демонтаж и вывод объекта из эксплуатации.

Действия по ИТЭР во Франции координируются несколькими административными органами. Agence Iter France руководило подготовительными работами на площадке, а также оказывает приветственные услуги сотрудникам ИТЭР, прибывающим из-за границы, и координирует транспортировку исключительных компонентов по маршруту ИТЭР.

Высокий представитель по реализации ИТЭР во Франции координирует реализацию проекта ИТЭР и обеспечивает представительство Франции среди членов ИТЭР, Европейского национального агентства по ИТЭР и Организации ИТЭР.

Промышленный комитет ИТЭР стремится оптимизировать экономические последствия для региона, укрепляя отношения между ИТЭР и местной промышленностью, особенно на этапах строительства и сборки проекта. Научная подготовка к карьере в области термоядерного синтеза продвигается через ассоциацию 12 французских университетов и инженерных школ, которые теперь предлагают степень магистра в области науки о термоядерном синтезе.

Сегодня региональная префектура и региональный совет совместно несут ответственность за разработку долгосрочного стратегического и экономического плана развития района Валь-де-Дюранс вблизи ИТЭР, включая вопрос размещения большого числа рабочих, которые, как ожидается, будут участвовать в ИТЭР. строительство.

Вход в международную школу Прованс-Альпы-Лазурный Берег в Маноске, Франция.

Международная школа Прованс-Альпы-Лазурный Берег, расположенная в Маноске , начала свою работу во временном жилье в 2007 году для 130 учащихся в возрасте от 3 до 18 лет; набор в настоящее время составляет 880 (2021-2022).Из 31 национальности, представленной в школе, немногим более 60 процентов учащихся из семей ИТЭР. Международная школа предлагает шесть языковых секций, обучение на одиннадцати языках, помещения для 50 пансионеров. Он также предлагает европейскую секцию.

Международная школа площадью 26 000 квадратных метров, спроектированная отмеченными наградами архитекторами Риччиотти и Баттести, производит электричество с помощью солнечных батарей для 100% своих потребностей в освещении.

Посетите веб-сайт Международной школы или загрузите полную брошюру здесь.

Здание ИТЭР

Строительство научной установки ИТЭР началось в 2010 году. В центре установки возвышается комплекс Токамак. (Фото: Les Nouveaux Médias/SNC ENGAGE, октябрь 2021 г.)

Проект ИТЭР в настоящее время находится в стадии строительства на участке площадью 180 га на юге Франции.

Тридцать девять зданий и технических зон вмещают токамак ИТЭР и его системы. Сердце объекта — здание «Токамак» — представляет собой семиэтажное железобетонное сооружение, расположенное на 13 метров ниже уровня платформы и на 60 метров выше. Предварительная сборка компонентов токамака происходит в соседнем сборочном зале. Другие вспомогательные здания в непосредственной близости от здания Токамак включают градирни, электрические установки, диспетчерскую, помещения для обращения с отходами и криогенную установку, которая будет обеспечивать жидким гелием для охлаждения магнитов ИТЭР.

Европа в рамках своих обязательств по проекту строит почти все здания-платформы и инфраструктуру площадки.

Каждое здание после завершения его строительства передается Организации ИТЭР для установки и сборки оборудования.Приблизительно 2000 рабочих участвовали в строительстве научной установки ИТЭР; еще 2000 человек сейчас занимаются сборкой и установкой (включая надзор).

Успешная интеграция и сборка более миллиона компонентов (десяти миллионов деталей), изготовленных на заводах членов ИТЭР по всему миру и доставленных на площадку ИТЭР, представляет собой огромную логистическую и инженерную задачу.

Главная Строительные вехи:

2006 Подпись Соглашения о ИТЭР

2007-2009 Генеральная очистка и выравнивание

2010-2014 Структура наземных опор и сейсмические основы для Tokamak

2014-2021 Здание Токамака (доступ для первой ассамблеи в 2018 году)

2010-2021 годы строительство ИТЕР-завода и вспомогательных зданий для первой плазмы

2020-2025 Главная Ассамблея фаза 1

декабря 2025 первая плазма

виртуальный тур по строительству ИТЭР здесь.

Фьюжн

Fusion — источник энергии Вселенной, происходящий в ядре Солнца и звезд.

То, что мы видим как свет и ощущаем как тепло, является результатом реакции синтеза в ядре нашего Солнца: ядра водорода сталкиваются, сливаются в более тяжелые атомы гелия и при этом высвобождают огромное количество энергии.

На протяжении миллиардов лет гравитационные силы, действовавшие во Вселенной, заставляли водородные облака ранней Вселенной собираться в массивные звездные тела.При экстремальной плотности и температуре звезд, включая наше Солнце, происходит слияние.

Наиболее эффективной реакцией синтеза в лабораторных условиях является реакция между двумя изотопами водорода дейтерием (D) и тритием (T). Слияние этих легких атомов водорода дает более тяжелый элемент, гелий, и один нейтрон.

Однако масса образовавшегося атома гелия не является точной суммой первоначальных атомов — часть массы была потеряна, а получено большое количество энергии. Это то, что описывает знаменитая формула Эйнштейна E=mc²: крошечная часть потерянной массы (m), умноженная на квадрат скорости света (c²), дает очень большую цифру (E), которая представляет собой количество энергии. создается реакцией синтеза.

Каждую секунду наше Солнце превращает 600 миллионов тонн водорода в гелий, высвобождая огромное количество энергии. Но без гравитационных сил, действующих в нашей Вселенной, для достижения термоядерного синтеза на Земле потребовался другой подход.

Наука термоядерного синтеза двадцатого века определила, что наиболее эффективной реакцией синтеза в лабораторных условиях является реакция между двумя изотопами водорода (H), дейтерием (D) и тритием (T). Реакция DT-синтеза дает наибольший прирост энергии при «самых низких» температурах.Тем не менее для этого требуется температура в 150 000 000 градусов по Цельсию — в десять раз выше, чем реакция водорода, происходящая на Солнце.

Узнайте больше о работе в лаборатории здесь.

Топливо для крупнейшего в мире термоядерного реактора ИТЭР готово к испытательному запуску

Объединенный европейский торус начал проводить эксперименты с тритиевым топливом. Фото: EUROfusion (CC BY 4.0)

Новаторский реактор в Великобритании готовится к началу основных испытаний топливной смеси, которая в конечном итоге будет использоваться для ИТЭР — крупнейшего в мире эксперимента по термоядерному синтезу.Ядерный синтез — это явление, которое питает Солнце, и, если физики смогут использовать его на Земле, это будет источник почти безграничной энергии.

В декабре исследователи Объединенного европейского тора (JET) начали проводить эксперименты по термоядерному синтезу трития — редкого и радиоактивного изотопа водорода. Объект представляет собой макет в одну десятую объема проекта ИТЭР стоимостью 22 миллиарда долларов США и имеет ту же конструкцию «токамака» в форме пончика — самый развитый в мире подход к термоядерной энергии. Впервые с 1997 года исследователи провели эксперименты на токамаке со значительным количеством трития.

В июне JET начнет синтез равного количества трития и дейтерия, еще одного изотопа водорода. Именно эту топливную смесь будет использовать ИТЭР, пытаясь получить больше энергии от реакции синтеза, чем потребляется, — то, что никогда раньше не демонстрировалось. Реактор должен нагревать и удерживать плазму дейтерия и трития, чтобы синтез изотопов в гелий производил достаточно тепла для поддержания дальнейших реакций синтеза.

«Теперь очень волнительно, что мы, наконец, можем применить на практике то, что готовили все эти годы», — говорит Жоэль Майлу, один из руководителей научной программы в JET.«Мы готовы к этому».

Пробный запуск

Эксперименты JET помогут ученым предсказать, как будет вести себя плазма в токамаке ИТЭР, и разработать рабочие параметры мегаэксперимента. «Это максимальное приближение к условиям ИТЭР в современных машинах», — говорит Тим ​​Люс, главный научный сотрудник ИТЭР, недалеко от Кадараша во Франции. По словам Люси, эксперименты являются кульминацией работы, длившейся около двух десятилетий. ИТЭР начнет работу с маломощными водородными реакциями в 2025 году.Но с 2035 года он будет работать на смеси дейтерия и трития в пропорции 50:50.

И ИТЭР, и JET, базирующиеся в Калхемском центре термоядерной энергии (CCFE) недалеко от Оксфорда, используют экстремальные магнитные поля, чтобы удерживать плазму в кольцо и нагревать ее до тех пор, пока не произойдет синтез. Температура в JET может достигать 100 миллионов градусов, что во много раз выше, чем в ядре Солнца.

Последние в мире эксперименты по синтезу трития на токамаке также проводились в JET. Тогда целью было достичь пиковой мощности, и объекту удалось достичь рекордного отношения выходной мощности к входной мощности (известного как значение Q), равного 0.67. Этот рекорд стоит и сегодня; 1 будет безубыточным. Но в этом году цель состоит в том, чтобы поддерживать аналогичный уровень термоядерной мощности в течение 5 секунд или более, чтобы получить как можно больше данных из экспериментов и понять поведение более долгоживущих плазм.

Работа с тритием ставит уникальные задачи — исследователи JET потратили более двух лет на переоборудование элементов своей машины и подготовку к работе с радиоактивным материалом. Изотоп быстро распадается, поэтому в природе он встречается лишь в следовых количествах и обычно образуется как побочный продукт в ядерных реакторах деления; мировой запас составляет всего 20 кг.

Часть проблемы обращения с тритием заключается в том, что его реакции с дейтерием производят нейтроны с гораздо большей скоростью, чем реакции с одним дейтерием. Коммерческие реакторы будут улавливать энергию этих нейтронов для выработки электроэнергии, но в JET высокоэнергетические частицы попадут внутрь машины и повредят диагностические системы. Это означает, что команде JET пришлось перемещать камеры и другие инструменты за бетонным ограждением, говорит Ян Чепмен, руководитель CCFE.

«Нам пришлось обновлять и обновлять все наши процессы», от хранения до обработки, — говорит Чепмен.Как только начнутся эксперименты с тритием, нейтронная бомбардировка сделает внутреннюю часть объекта радиоактивной, поэтому она станет запретной зоной для людей на 18 месяцев. Поэтому персоналу пришлось привыкнуть к мышлению, аналогичному мышлению инженеров, отправляющих корабли в космос: «Вы не можете просто пойти и починить что-то, это должно сработать с первого раза», — говорит Чепмен.

Импульсы трития

Кампания JET будет использовать менее 60 граммов трития, который будет перерабатываться. Топливо, содержащее доли грамма трития, будет подаваться в токамак импульсами от 3 до 14 раз в сутки.По словам Майлу, каждый из этих разрядов будет отдельным экспериментом с немного отличающимися параметрами и будет генерировать от 3 до 10 секунд полезных данных. «Нам нужна физическая информация, которую мы можем использовать для проверки нашего понимания, а затем мы можем применить ее для подготовки будущей машины», — говорит она.

В некоторых экспериментах будет использоваться только тритий; другие будут сочетать дейтерий и тритий в равных пропорциях. Оба типа экспериментов важны, потому что ключевая цель — понять влияние большей массы трития на поведение плазмы (в ядре трития два нейтрона, тогда как у дейтерия — один, а у водорода — ни одного).Это поможет предсказать влияние использования различных изотопов в ИТЭР. Масса изотопов влияет на условия, такие как магнитное поле, ток и внешний нагрев, необходимые для достижения плазмой критического состояния, известного как удержание. (В этом состоянии частицы с самой высокой энергией остаются внутри ионизированного газа, и это важно для поддержания температуры плазмы.) «Мы хотим исследовать это и понять, почему», — говорит Энн Уайт, физик по плазме из Массачусетского института физико-химических исследований. Технология в Кембридже.

Еще одно существенное отличие от экспериментов 1997 года заключается в том, что JET был переоборудован таким образом, чтобы внутренние материалы, защищающие машину от воздействия тепла и нейтронной бомбардировки, а также удаляющие примеси из плазмы, соответствовали материалам конструкции ИТЭР. Поскольку эти материалы могут излучаться обратно в плазму и охлаждать ее, понимание того, как они взаимодействуют с процессом синтеза, имеет решающее значение.

Последнее поколение ученых, занимающихся термоядерным синтезом, никогда не работало с тритием, что делает проведение экспериментов еще более важным, говорит Чепмен.”Это большая сделка. Люди смотрят», — добавляет Люси.

Что такое термоядерный завод ИТЭР и почему он важен

Он называется ИТЭР, что на латыни означает «Путь», и ожидается, что он откроет новую эру электричества, работающего на ядерном синтезе, над чем ученые и инженеры работали более 40 лет.

Путем слияния двух форм водорода, называемых дейтерием и тритием, машина будет генерировать 500 мегаватт энергии. Это в десять раз больше энергии, чем требуется для работы.

После завершения строительства ИТЭР будет иметь диаметр и высоту 100 футов, представляя собой новое поколение устройств ядерного синтеза. Если он достигнет своих целей по выработке энергии, он станет первой машиной в своем роде, которая преодолеет разрыв от исследований термоядерного синтеза в лаборатории до легкодоступной термоядерной энергии для городов.

По состоянию на июнь 2015 года стоимость строительства машины превысила 14 миллиардов долларов. Но, в конце концов, эксперты говорят, что оно того стоит. В конце концов, ядерный синтез — это процесс, который приводит в действие такие звезды, как наше Солнце, и дает ряд преимуществ современным источникам энергии, если мы сможем использовать эту энергию здесь, на Земле:

• В результате синтеза образуются нерадиоактивные отходы, которые могут быть полностью переработаны в течение 100 лет, в отличие от токсичного радиоактивного остатка, который производят сегодняшние ядерные реакторы деления.
• Неконтролируемая реакция невозможна, поскольку любой сбой остановит процесс синтеза, а это означает, что термоядерным реакторам не грозит ядерный взрыв.
• Это более чистый источник энергии по сравнению с углем, природным газом и сырой нефтью.
• Термоядерные реакторы могут работать на морской воде, предлагая относительно возобновляемый источник энергии.

Проблема с термоядерным синтезом

На данный момент самая большая проблема заключается в следующем: работающие сегодня термоядерные машины потребляют больше энергии, чем вырабатывают, а это полная противоположность тому, что вы ожидаете от электростанции.

Проблема возникает из-за перегретой плазмы, которую производят машины, называемые токамаками, и где происходят термоядерные реакции. Ниже приведена схема плазмы, показанная фиолетовым цветом:

Вместо этого идеальным подходом является создание машины, которая может производить самоподдерживающуюся плазму. Вот тут-то и появляется ИТЭР.

Ниже показано поперечное сечение того, как будет выглядеть внутренняя часть ИТЭР, где вращающимися частицами будут атомы дейтерия и трития:

Плазма внутри ИТЭР нагреется до 150 миллионов градусов, что в десять раз горячее, чем в центре Солнца, и достаточно, чтобы сплавить дейтерий и тритий.

Важным побочным продуктом синтеза является гелий, особенно ядра атомов гелия. После образования эти атомы отскакивают, передавая энергию в виде тепла, что помогает поддерживать внутреннюю температуру плазмы без помощи дополнительного внешнего источника энергии.

«Вот как это будет почти полностью самоподдерживающимся», — сказал Business Insider Джонатан Менар, программный директор крупного объекта термоядерного синтеза в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL).

Этот тип термоядерного горения очень похож на то, что происходит в ядре нашего Солнца.

Будущее синтеза

Однако Менар отметил, что маловероятно, что эта машина будет генерировать достаточно избыточной энергии, чтобы служить потенциальной ядерной термоядерной электростанцией, для чего и разрабатывается ИТЭР.

Еще одна форма термоядерных реакторов использует лазеры вместо плазмы, как, например, Национальный центр зажигания в Калифорнии, но этой области исследований еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем она сможет конкурировать с токамаками мира.

«Пока лазерные системы довольно неэффективны, и мы думаем, что [плазменные] термоядерные системы ближе к получению чистой энергии», — сказал Менар.

Строительство ИТЭР началось в 2007 г. и, как ожидается, завершится в 2019 г. запуском его первой плазмы в 2020 г. Ожидается, что к 2027 г. на машине будут проведены полные эксперименты по термоядерному синтезу дейтерия и трития для получения потенциального полезного прироста энергии.

Тем временем исследовательские центры термоядерного синтеза по всему миру используют свои токамаки, такие как Национальный эксперимент сферического тора PPPL, для изучения различных аспектов работы ИТЭР.

«В частности [мы изучаем], насколько хорошо удерживаются эти альфа-частицы или ядра гелия», — сказал Менар.

Посмотрите виртуальный тур по объекту ИТЭР на YouTube или ниже:

ИТЭР – это демонстрация … недостатков термоядерной энергии

Атомные электростанции деления в Каттеноме, Франция. Изображение предоставлено Electricite de France/Anthony Fausser

Год назад я написал критический анализ термоядерного синтеза как источника энергии под названием «Термоядерные реакторы: не то, чем они хотят быть. «Эта статья вызвала большой интерес, судя по более чем 100 комментариям читателей. Следовательно, меня попросили написать продолжение и продолжить беседу с читателями Бюллетеня .

Но сначала немного предыстории для тех, кто только войдет в комнату.

Я физик-исследователь, 25 лет работавший над экспериментами по ядерному синтезу в Принстонской лаборатории физики плазмы в Нью-Джерси. Мои исследовательские интересы касались областей физики плазмы и производства нейтронов, связанных с исследованиями и разработками в области термоядерной энергии.Теперь, когда я вышел на пенсию, я начал более беспристрастно смотреть на все термоядерное предприятие и чувствую, что работающий, повседневный, коммерческий термоядерный реактор вызовет больше проблем, чем решит.

Итак, я чувствую себя обязанным развеять некоторые преувеличения, возникшие вокруг термоядерной энергетики, которая обычно провозглашается «идеальным» источником энергии и слишком часто рекламируется как волшебное решение мировых энергетических проблем. В прошлогоднем эссе было доказано, что бесконечно провозглашаемые характеристики энергетического совершенства (обычно «неиссякаемая, дешевая, чистая, безопасная и нерадиационная») опровергаются суровой реальностью — и что термоядерный реактор на самом деле был бы близок к противоположному. идеального источника энергии.Но эта дискуссия в основном касалась характерных недостатков концептуальных термоядерных реакторов , которые сторонники термоядерного синтеза продолжают настаивать на том, что когда-нибудь они каким-то образом будут преодолены.

Однако сейчас мы находимся в точке, где впервые можем исследовать прототип термоядерного реактора в реальном мире : Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), строящийся в Кадараше, Франция. Даже если до фактической эксплуатации еще далеко, проект ИТЭР достаточно продвинулся, чтобы мы могли рассматривать его в качестве испытательного примера конструкции в форме пончика, известной как токамак — наиболее многообещающий подход к получению земной термоядерной энергии на основе магнитного удержания. В декабре 2017 года дирекция проекта ИТЭР сообщила, что 50 процентов строительных задач выполнены. Эта важная веха вселяет значительную уверенность в окончательном завершении того, что станет единственной установкой на Земле, которая хотя бы отдаленно напоминает то, что должно быть практическим термоядерным реактором. Как писала газета New York Times  , этот объект «строится, чтобы проверить давнюю мечту: ядерный синтез, атомную реакцию, происходящую на солнце и в водородных бомбах, можно контролировать для выработки энергии.

Физики плазмы рассматривают ИТЭР как первое устройство магнитного удержания, которое, возможно, может продемонстрировать «горящую плазму», в которой нагрев альфа-частицами, образующимися в реакциях синтеза, является доминирующим средством поддержания температуры плазмы. Это условие требует, чтобы мощность термоядерного синтеза была по крайней мере в пять раз больше мощности внешнего нагрева, прикладываемой к плазме. Хотя ни одна из этой термоядерной энергии на самом деле не будет преобразована в электричество, проект ИТЭР в основном рекламируется как важный шаг на пути к практической термоядерной электростанции, и это утверждение вызывает у нас озабоченность.

Давайте посмотрим, какие выводы можно сделать о некоторых, возможно, неустранимых недостатках термоядерных установок, наблюдая за работой ИТЭР, сосредоточив внимание на четырех областях: потребление электроэнергии, потери тритиевого топлива, активация нейтронов и потребность в охлаждающей воде. Физическая схема этого проекта стоимостью от 20 до 30 миллиардов долларов показана на фотографии ниже.

Ошибочный девиз. На веб-сайте ИТЭР человека приветствует прокламация «Неограниченная энергия», которая также является боевым кличем энтузиастов термоядерного синтеза во всем мире.Ирония этого лозунга, по-видимому, ускользает от сотрудников проекта и не вызывает подозрений у публики. Но любой, кто следил за строительством на площадке ИТЭР в течение последних пяти лет — а это легко проследить по подробным фотографиям и описаниям на веб-сайте проекта, — был бы поражен огромным количеством вложенной энергии .

Веб-сайт неявно хвастается огромными инвестициями в энергию, изображая каждую из подсистем ИТЭР как самую колоссальную в своем роде. Например, криостат, или холодильник с жидким гелием, — это самый большой в мире вакуумный сосуд из нержавеющей стали, а сам токамак будет весить как три Эйфелевы башни. Общий вес центральной установки ИТЭР составляет около 400 000 тонн, из которых самые тяжелые компоненты составляют 340 000 тонн для фундаментов и зданий комплекса токамаков и 23 000 тонн для самого токамака.

Но бустеры должны быть огорчены, а не в восторге, потому что самый большой и самый большой означает большие капиталовложения и большие инвестиции в энергию, которые должны появиться на отрицательной стороне книги учета энергии.И эта энергия была в значительной степени обеспечена за счет ископаемого топлива, что оставило непостижимо большой «углеродный след» для подготовки площадки и строительства всех вспомогательных объектов, а также самого реактора.

На площадке реактора машины, работающие на ископаемом топливе, выкапывают огромные объемы земли на глубину до 20 метров, производят и укладывают бесчисленные тонны бетона. Некоторые из самых больших в мире грузовиков (работающих на ископаемом топливе) доставляют гигантские компоненты реактора к месту сборки.Ископаемое топливо сжигается при добыче, транспортировке и переработке сырья, необходимого для изготовления компонентов термоядерного реактора, и, возможно, в самом производственном процессе.

Можно задаться вопросом, как эта затраченная энергия может когда-либо окупиться — и, конечно же, этого не произойдет. Но очень наглядное воплощение колоссальных энергетических вложений представляет собой лишь первый компонент ироничной «неограниченной энергии».

Рядом с этими зданиями находится электрораспределительное устройство площадью 10 акров с массивными подстанциями, передающими до 600 мегаватт электроэнергии или МВт (эл.) из региональной электросети, что достаточно для снабжения среднего города.Эта мощность потребуется для обеспечения эксплуатационных нужд ИТЭР; никакая энергия никогда не будет течь наружу, потому что внутренняя конструкция ИТЭР делает невозможным преобразование термоядерного тепла в электричество. Помните, что ИТЭР — это испытательный стенд, предназначенный исключительно для демонстрации концепции того, как инженеры могут имитировать внутреннюю работу Солнца, чтобы контролируемым образом соединять атомы вместе в реальном мире; ИТЭР – это , а не , предназначенный для выработки электроэнергии.

Электрическая подстанция намекает на огромное количество энергии, которая будет затрачена на работу проекта ИТЭР, да и вообще на любую большую термоядерную установку.Как указывалось в моей предыдущей статье Бюллетень  , термоядерные реакторы и экспериментальные установки должны обеспечивать два класса потребления электроэнергии: во-первых, необходимо поддерживать множество важных вспомогательных систем, таких как криостаты, вакуумные насосы, отопление, вентиляция и охлаждение зданий. непрерывно, даже когда термоядерная плазма бездействует. В случае ИТЭР этот непрерывный расход энергии варьируется от 75 до 110 МВт (эл.), написали Дж. К. Гаскон и его соавторы в своей статье в январе 2012 г. для Fusion Science & Technology, «Дизайн и основные характеристики для Распределение электроэнергии ИТЭР.

Вторая категория потребляемой мощности вращается непосредственно вокруг самой плазмы, работа которой осуществляется импульсами. Для ИТЭР потребуется не менее 300 МВт (эл.) в течение десятков секунд для нагрева реагирующей плазмы и установления необходимых плазменных токов. Во время 400-секундной фазы работы потребуется около 200 МВт (эл.) для поддержания термоядерного горения и контроля стабильности плазмы.

Даже в течение следующих восьми лет строительства и переналадки электростанции среднее энергопотребление на объекте будет составлять не менее 30 МВт (эл.), что добавит к вложенной энергии и послужит предвестником непрерывного оттока электроэнергии на объекте.

Но большая часть информации об утечке электроэнергии — и различиях между ожидаемой выработкой тепла ИТЭР вместо электричества — была утеряна, когда проект был представлен публике.

Энергетическое просветление. Недавно веб-сайт New Energy Times  представил хорошо задокументированный отчет «Миф об усилении мощности ИТЭР» о том, как отдел связи объекта распространял плохо сформулированную информацию о балансе мощности ИТЭР и вводил в заблуждение средства массовой информации.Типичным распространенным утверждением является то, что «ИТЭР будет производить 500 мегаватт выходной мощности при входной мощности 50 мегаватт», подразумевая, что оба числа относятся к электроэнергии.

New Energy Times дает понять, что ожидаемые 500 мегаватт мощности относятся к термоядерной энергии (воплощенной в нейтронах и альфа-излучении), которая не имеет ничего общего с электроэнергией. Упомянутая здесь мощность в 50 МВт — это тепловая мощность, вводимая в плазму для поддержания ее температуры и тока, и это лишь небольшая часть общей электрической мощности, подводимой к реактору.Последняя варьируется от 300 до 400 МВт (эл.), как объяснялось ранее.

Техническая критика New Energy Times по существу верна и обращает внимание на колоссальную электрическую мощность, требуемую любой термоядерной установкой. На самом деле, всегда признавалось, что для запуска любой термоядерной системы требуется огромное количество энергии. Но термоядерные токамаки также требуют бесконечных сотен мегаватт электроэнергии только для того, чтобы поддерживать их работу. Очевидно, в ответ на критику со стороны New Energy Times веб-сайт ИТЭР и другие издания, такие как Eurofusion , исправили некоторые вводящие в заблуждение утверждения относительно потока энергии.

Тем не менее, есть гораздо более серьезные проблемы с рекламируемой работой ИТЭР, чем вводящая в заблуждение маркировка проектируемых входных и выходных мощностей. В то время как входная электрическая мощность 300 МВт (эл.) и более бесспорна, фундаментальный вопрос заключается в том, будет ли ИТЭР производить 500 МВт чего-либо, вопрос, который вращается вокруг жизненно важного тритиевого топлива — его поставки, готовности его использовать и кампании, необходимой для оптимизации ее эффективности. Другие заблуждения связаны с фактической природой продукта термоядерного синтеза

Тритиевые невзгоды.  Наиболее реакционноспособное термоядерное топливо представляет собой смесь 50/50 изотопов водорода дейтерия и трития; это топливо (часто обозначаемое как «DT») имеет выход термоядерных нейтронов в 100 раз больше, чем у одного дейтерия, и впечатляющее увеличение радиационных последствий.

В обычной воде много дейтерия, но в природе нет трития, радиоактивного нуклида с периодом полураспада всего 12,3 года. На веб-сайте ИТЭР говорится, что тритиевое топливо будет «взято из мирового запаса трития.Этот запас состоит из трития, извлеченного из тяжелой воды ядерных реакторов CANDU, расположенных в основном в Онтарио, Канада, и во вторую очередь в Южной Корее, с потенциальным будущим источником из Румынии. Сегодняшний «мировой запас» составляет примерно 25 кг и увеличивается примерно на полкилограмма в год, отмечают Муйи Ни и его соавторы в своей журнальной статье 2013 года «Оценка поставок трития для ИТЭР» в журнале Fusion Engineering and Design. . Ожидается, что запасы достигнут пика до 2030 года.

В то время как специалисты по синтезу беспечно говорят о синтезе дейтерия и трития, на самом деле они очень боятся использовать тритий по двум причинам: во-первых, он в некоторой степени радиоактивный, поэтому существуют проблемы безопасности, связанные с его потенциальным выбросом в окружающую среду. Во-вторых, неизбежно образование радиоактивных материалов, когда нейтроны синтеза DT бомбардируют корпус реактора, что требует усиленной защиты, которая сильно затрудняет доступ для обслуживания и создает проблемы захоронения радиоактивных отходов.

За 65 лет исследований, в которых участвовали сотни объектов, тритий когда-либо использовался только в двух системах магнитного удержания: в испытательном термоядерном реакторе Токамак на моем старом полигоне в Принстонской лаборатории физики плазмы и в Объединенном европейском токамаке (JET) в Калхэме, Великобритания. , еще в 1990-х гг.

Нынешние планы ИТЭР предусматривают приобретение и потребление не менее 1 кг трития в год. Если предположить, что проект ИТЭР сможет получить достаточное количество трития и достаточно смелый, чтобы использовать его, будет ли на самом деле достигнута мощность синтеза 500 МВт? Никто не знает.

«Первая плазма» в ИТЭР должна произойти в 2025 году. Затем последуют относительно спокойные 10 лет непрерывной сборки машин и периодических плазменных операций с водородом и гелием. Эти газы не производят термоядерных нейтронов и, таким образом, позволяют решать проблемы приспособляемости и оптимизировать характеристики плазмы с минимальными радиационными опасностями. Нестабильности плазмы необходимо сдерживать, чтобы обеспечить адекватное удержание энергии, чтобы реагирующую плазму можно было нагревать и поддерживать при высокой температуре.Притоки неводородных атомов должны быть ограничены.

предусматривает использование дейтерия и трития с конца 2030-х годов. Но нет никакой гарантии достижения цели в 500 МВт; производство термоядерной энергии в больших количествах зависит, среди прочего, от разработки оптимального рецепта введения дейтерия и трития с помощью замороженных гранул, пучков частиц, нагнетания газа и повторного использования. На неизбежном этапе «прорезывания зубов» в начале 2040-х годов вполне вероятно, что мощность синтеза ИТЭР будет составлять лишь часть 500 МВт, и что из-за невосстановления будет потеряно больше введенного трития, чем сожжено (т.э., сплавленный с дейтерием).

Анализ работы DT в ИТЭР показывает, что только 2 процента введенного трития будут сожжены, поэтому 98 процентов введенного трития выйдет из реагирующей плазмы невредимым. В то время как большая часть просто вытекает с выхлопом плазмы, много трития необходимо постоянно удалять с поверхностей реакционного сосуда, инжекторов пучков, насосных каналов и других придатков для обработки и повторного использования. Во время нескольких десятков пересечений Тритиевой тропы слез вокруг систем плазмы, вакуума, переработки и заправки некоторые атомы трития будут навсегда захвачены стенкой корпуса и внутрикорпусными компонентами, а также в системах диагностики и нагрева плазмы.

Проникновение трития при высокой температуре во многие материалы до сих пор не изучено, как объяснили Р. А. Кози и его соавторы в «Тритиевые барьеры и диффузия трития в термоядерных реакторах». Более глубокая миграция некоторой малой доли захваченного трития в стенки, а затем в каналы жидкого и газообразного теплоносителя будет непредотвратимой. Большая часть имплантированного трития в конечном итоге распадается, но выбросы в окружающую среду с циркулирующей охлаждающей водой неизбежны.

Конструкторы будущих токамаков-реакторов обычно исходят из того, что весь сгоревший тритий будет заменен за счет поглощения нейтронов синтеза литием, полностью окружающим реагирующую плазму. Но даже эта фантазия полностью игнорирует тритий, который постоянно теряется в своем путешествии по подсистемам реактора. Как продемонстрирует ИТЭР, совокупность невосстановленного трития может соперничать с количеством сожженного и может быть заменена только дорогостоящей покупкой трития, произведенного в ядерных реакторах.

Радиация и радиоактивные отходы от синтеза. Как отмечалось ранее, ожидаемая мощность термоядерного синтеза ИТЭР в 500 МВт составляет , а не электроэнергии. Но что сторонники термоядерного синтеза не хотят вам говорить, так это то, что эта термоядерная энергия не является каким-то благотворным солнечным излучением, а состоит в основном (80 процентов) из потоков энергичных нейтронов, единственной очевидной функцией которых в ИТЭР является производство огромных объемов радиоактивных отходов, когда они бомбардируют стенки корпуса реактора и связанные с ним компоненты.

Всего 2 процента нейтронов будут перехвачены испытательными модулями для исследования образования трития в литии, но 98 процентов потоков нейтронов просто врежутся в стенки реактора или в устройства в портовых отверстиях.

В реакторах деления не более 3 процентов энергии деления приходится на нейтроны. Но ИТЭР подобен электроприбору, преобразующему сотни мегаватт электроэнергии в потоки нейтронов. Особенностью термоядерных реакторов Д-Т является то, что подавляющий перевес тепловой энергии вырабатывается не в реагирующей плазме, а внутри толстого стального корпуса реактора по мере того, как нейтронные потоки врезаются в него и постепенно рассеивают свою энергию. В принципе, эту термализованную энергию нейтронов можно каким-то образом преобразовать обратно в электричество с очень низкой эффективностью, но проект ИТЭР решил не решать эту проблему. Это задача, отложенная до иллюзий, называемых демонстрационными реакторами, которые сторонники термоядерного синтеза надеются развернуть во второй половине века.

Давно признанным недостатком термоядерной энергии является повреждение нейтронным излучением открытых материалов, вызывающее вздутие, охрупчивание и усталость. Как оказалось, общее время работы при высоких скоростях образования нейтронов в ИТЭР будет слишком малым, чтобы вызвать даже незначительное повреждение структурной целостности, но взаимодействия нейтронов по-прежнему будут создавать опасную радиоактивность во всех открытых компонентах реактора, в конечном итоге производя ошеломляющие 30 000 тонн радиоактивных веществ. напрасно тратить.

Окружающий токамак ИТЭР чудовищный бетонный цилиндр толщиной 3,5 м, диаметром 30 м и высотой 30 м, называемый биозащитой, будет препятствовать проникновению рентгеновских лучей, гамма-лучей и случайных нейтронов во внешний мир. Корпус реактора и неконструктивные элементы как внутри корпуса, так и за его пределами вплоть до биозащиты станут высокорадиоактивными в результате активации потоками нейтронов. Время простоя для технического обслуживания и ремонта будет увеличено, поскольку все техническое обслуживание должно выполняться дистанционно управляемым оборудованием.

По данным Financial Times , объем радиоактивных отходов гораздо меньшего экспериментального проекта Joint European Torus в Соединенном Королевстве оценивается в 3000 кубических метров, а стоимость вывода из эксплуатации превысит 300 миллионов долларов. Эти цифры будут ничтожны по сравнению с 30 000 тонн радиоактивных отходов ИТЭР. К счастью, большая часть этой наведенной радиоактивности распадется в течение десятилетий, но через 100 лет около 6000 тонн по-прежнему будут опасно радиоактивными и потребуют захоронения в могильнике, говорится в разделе «Отходы и вывод из эксплуатации» ИТЭР Final Design Report .

Периодическая транспортировка и захоронение радиоактивных компонентов за пределами площадки, а также возможный вывод из эксплуатации всей реакторной установки являются энергоемкими задачами, которые еще больше расширяют отрицательную сторону книги учета энергии.

Водный мир. Проливные потоки воды потребуются для отвода тепла от корпуса реактора ИТЭР, систем плазменного нагрева, электрических систем токамака, криогенных холодильников и источников питания магнитов. Включая термоядерную генерацию, общая тепловая нагрузка может достигать 1000 МВт, но даже при нулевой мощности термоядерного синтеза реакторная установка потребляет до 500 МВт (эл.), которая в конечном итоге становится теплом, подлежащим отводу.ИТЭР продемонстрирует, что термоядерные реакторы потребляют гораздо больше воды, чем генераторы любого другого типа, из-за огромных паразитных потерь энергии, которые превращаются в дополнительное тепло, которое необходимо рассеивать на месте. (Под «паразитом» мы подразумеваем потребление части той самой энергии, которую производит реактор.)

Охлаждающая вода будет браться из Канала де Прованс, образованного руслом реки Дюранс, а большая часть тепла будет сбрасываться в атмосферу градирнями.Во время термоядерных операций общий расход всей охлаждающей воды будет достигать 12 кубических метров в секунду (180 000 галлонов в минуту), что составляет более одной трети расхода канала. Такой уровень потока воды может поддерживать город с населением в 1 миллион человек. (Но фактическая потребность в воде Канала будет лишь незначительной долей этого значения, потому что импульс мощности ИТЭР будет длиться всего 400 секунд, причем не более 20 таких импульсов в день, а охлаждающая вода ИТЭР рециркулирует.)

Даже если ИТЭР не производит ничего, кроме нейтронов, его максимальный расход теплоносителя все равно будет почти в два раза меньше, чем у полностью функционирующей угольной или атомной электростанции, производящей 1000 МВт (эл.) электроэнергии.В ИТЭР до 56 МВт (эл.) электроэнергии будет потребляться насосами, которые циркулируют воду по примерно 36 километрам трубопроводов ядерного класса.

Эксплуатация любой крупной термоядерной установки, такой как ИТЭР, возможна только в таком месте, как регион Кадараш во Франции, где есть доступ ко многим мощным электрическим сетям, а также к высокопроизводительной системе холодного водоснабжения. В прошлые десятилетия большое изобилие пресных вод и неограниченная холодная океанская вода позволили реализовать большое количество теплоэлектростанций гигаваттного уровня. Ввиду уменьшения доступности пресной воды и даже холодной океанской воды во всем мире трудности с подачей охлаждающей воды сами по себе сделают нецелесообразным широкое развертывание термоядерных реакторов в будущем.

ИТЭР ’ с удар. Независимо от того, работает ли ИТЭР хорошо или плохо, его самым благоприятным наследием является то, что, как и Международная космическая станция, он станет впечатляющим примером многолетнего международного сотрудничества между дружественными и полувраждебными странами.Критики утверждают, что международное сотрудничество значительно увеличило стоимость и сроки, но стоимость ИТЭР в 20-30 миллиардов долларов не выходит за рамки затрат других крупных ядерных предприятий, таких как электростанции, которые были одобрены в последние годы для строительство в Соединенных Штатах (Саммер и Фогтл) и Западной Европе (Хинкли и Фламонвиль), а также проект США по производству МОКС-топлива в Саванна-Ривер. Затраты на все эти проекты утроились, а сроки строительства увеличились с нескольких лет до десятилетий. Основная проблема заключается в том, что все ядерно-энергетические установки — будь то деление или синтез — чрезвычайно сложны и непомерно дороги.

Второй неоценимой ролью ИТЭР будет его определяющее влияние на планирование энергоснабжения. В случае успеха ИТЭР может позволить физикам изучать долгоживущую высокотемпературную термоядерную плазму. Но в качестве прототипа производителя энергии ИТЭР, очевидно, будет сеющим хаос источником нейтронов, питаемым тритием, вырабатываемым в ядерных реакторах, питаемым сотнями мегаватт электроэнергии из региональной электросети и требующим беспрецедентных ресурсов охлаждающей воды.Нейтронное повреждение будет усиливаться, в то время как другие характеристики сохранятся в любом последующем термоядерном реакторе, который попытается генерировать достаточно электроэнергии, чтобы превысить всех поглотителей энергии, указанных здесь.

Столкнувшись с этой реальностью, даже самые мечтательные специалисты по энергетическому планированию могут отказаться от термоядерного синтеза. Вместо того, чтобы предвещать рассвет новой энергетической эры, вполне вероятно, что ИТЭР будет выполнять роль, аналогичную роли реактора-размножителя на быстрых нейтронах, чьи вопиющие недостатки смертельно ранили еще один мнимый источник «безграничной энергии» и обеспечили дальнейшее господство света. -водяные реакторы на ядерной арене.

Мощность термоядерного синтеза — повод для волнений по поводу будущего чистой энергии

Энергия синтеза, пожалуй, самая дальняя из дальних выстрелов. Построить термоядерный реактор — это, по сути, создать искусственную звезду. Ученые изучают физику термоядерного синтеза уже столетие и десятилетиями работают над тем, чтобы использовать этот процесс. Тем не менее, почти каждый раз, когда исследователи продвигаются вперед, кажется, что стойки ворот отступают еще дальше.

Тем не менее, огромный потенциал синтеза трудно игнорировать.Это технология, которая может безопасно обеспечить огромный и стабильный поток электроэнергии, используя обильное топливо, полученное из морской воды, для запуска той же реакции, которая питает солнце. Это не будет производить парниковых газов и с минимальными отходами по сравнению с обычными источниками энергии.

В связи с повышением средней глобальной температуры и растущим спросом на энергию поиск термоядерного синтеза актуален как никогда: он может помочь решить обе эти проблемы одновременно. Но, несмотря на свои обещания, термоядерный синтез часто рассматривают как научную диковинку, а не как обязательное испытание — реальное, изменяющее мир решение огромной проблемы.

Последний эпизод Unexplainable , подкаста Vox о неразгаданных тайнах науки, расспрашивает ученых об их многолетней погоне за звездой в бутылке. Они рассказывают о своем недавнем прогрессе и о том, почему термоядерная энергия остается такой сложной задачей. И они приводят доводы в пользу не только продолжения исследований в области термоядерного синтеза, но и агрессивного расширения и инвестирования в него — даже если в ближайшее время он не зажжет энергосистему.

Создавая одни из самых мощных когда-либо построенных машин, ученые пытаются усовершенствовать тонкую субатомную механику, чтобы достичь ключевой вехи: получить больше энергии от реакции синтеза, чем они вложили. Исследователи говорят, что они ближе, чем когда-либо.

Fusion намного мощнее любого другого источника энергии, который у нас есть

Ядерное деление — это то, что происходит, когда большие атомы, такие как уран и плутоний, распадаются на части и выделяют энергию. Эти реакции приводили в действие самые первые атомные бомбы, а сегодня они приводят в действие обычные ядерные реакторы.

Fusion еще мощнее. Это то, что происходит, когда ядра маленьких атомов слипаются, сливаясь, создавая новый элемент и высвобождая энергию.Наиболее распространенная форма — это слияние двух атомов водорода с образованием гелия.

Причина, по которой при синтезе выделяется так много энергии, заключается в том, что новый элемент весит чуть меньше, чем сумма его частей. Этот крошечный кусочек потерянной материи преобразуется в энергию в соответствии со знаменитой формулой Альберта Эйнштейна E = mc ² . «Е» означает энергию, а «м» — массу.

Последняя часть формулы — «с», константа, измеряющая скорость света — 300 000 километров в секунду, которую затем возводят в квадрат. Таким образом, существует огромный множитель материи, которая преобразуется в энергию, что делает термоядерный синтез чрезвычайно мощной реакцией.

Эти основы хорошо изучены, и исследователи уверены, что их можно использовать с пользой, но до сих пор это было неуловимо.

«Это странно, потому что мы абсолютно точно знаем, что фундаментальная теория работает. Мы видели, как это продемонстрировано», — сказала Кэролин Куранц, физик плазмы из Мичиганского университета. «Но попытка сделать это в лаборатории поставила перед нами много задач.

Для демонстрации достаточно смотреть днём на солнце (но не прямо, а то глаза болят). Даже находясь на расстоянии 93 миллионов миль, наша ближайшая звезда генерирует достаточно энергии, чтобы нагреть Землю через космический вакуум.

Но у солнца есть преимущество, которого нет у нас на Земле: оно очень, очень большое. Одна из трудностей синтеза заключается в том, что атомные ядра — положительно заряженные ядра атомов — обычно отталкиваются друг от друга. Чтобы преодолеть это отталкивание и искровой синтез, вам нужно заставить атомы двигаться очень быстро в ограниченном пространстве, что делает столкновения более вероятными.

Звезда, подобная Солнцу, масса которой примерно в 333 000 раз превышает массу Земли, создает гравитацию, которая ускоряет атомы к ее центру, нагревая их, ограничивая их и зажигая термоядерный синтез. Затем реакции синтеза обеспечивают энергию для ускорения других атомных ядер и запуска еще большего количества реакций синтеза.

Что делает термоядерную энергию такой сложной

Имитировать солнце на Земле — сложная задача. Люди смогли инициировать термоядерный синтез, но неконтролируемым образом, например, в термоядерном оружии (иногда называемом водородной бомбой). Синтез также был продемонстрирован в лабораториях, но в условиях, при которых потребляется гораздо больше энергии, чем выделяется реакция. Реакция обычно требует создания высокоэнергетического состояния материи, известного как плазма, которая имеет причуды и поведение, которые ученые все еще пытаются понять.

Чтобы сделать термоядерный синтез полезным, ученым необходимо запустить его контролируемым образом, чтобы получить гораздо больше энергии, чем они вложили. Затем эту энергию можно использовать для кипячения воды, вращения турбины или выработки электроэнергии. Команды по всему миру изучают различные способы достижения этой цели, но подходы, как правило, делятся на две большие категории.

Один включает использование магнитов для сдерживания плазмы. Именно такой подход используется в ИТЭР, крупнейшем в мире термоядерном проекте, который в настоящее время строится на юге Франции.

Другая категория включает в себя ограничение термоядерного топлива и его сжатие в крошечном пространстве с помощью лазеров. Это подход, используемый Национальным центром зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии.

Воспроизведение звезды требует проведения таких исследований в огромных масштабах, поэтому в экспериментах по термоядерному синтезу часто используются самые мощные из когда-либо созданных научных инструментов.Центральный соленоид ИТЭР, например, может генерировать магнитную силу, достаточную для того, чтобы поднять авианосец на 6 футов над водой.

Создание оборудования, способного выдерживать такие экстремальные условия, — отдельная научная и инженерная задача. Управление такими масштабными экспериментами также было проблемой. ИТЭР начинался с первоначальной оценки стоимости в 6,6 млрд евро, которая с тех пор увеличилась более чем в три раза. Его строительство началось в 2007 году, а первые эксперименты должны начаться в 2025 году.

Положительным моментом сложности термоядерных реакций является то, что почти невозможно вызвать неконтролируемую реакцию или расплавление, подобное тому, что произошло на атомных электростанциях, таких как Чернобыль.Если термоядерный реактор разрушить, реакция быстро затухнет. Кроме того, основным «отходным» продуктом водородного синтеза является гелий, инертный газ. Этот процесс может привести к тому, что некоторые материалы реактора станут радиоактивными, но радиоактивность намного ниже, а количество опасных отходов намного меньше по сравнению с обычными атомными электростанциями. Таким образом, энергия ядерного синтеза может стать одним из самых безопасных источников электроэнергии.

Для политиков инвестирование в дорогостоящий исследовательский проект, который может не дать результатов в течение десятилетий, если вообще принесет плоды, является трудной задачей.Научный прогресс не всегда поспевает за политическими временными рамками: политик, дающий зеленый свет термоядерному проекту, может даже не дожить до того момента, когда он станет жизнеспособным источником энергии, поэтому он точно не сможет похвастаться своим успехом к следующему. выборы катятся вокруг.

В Соединенных Штатах финансирование исследований в области термоядерного синтеза на протяжении многих лет было неустойчивым и намного ниже уровня, который, по мнению государственных аналитиков, необходим для воплощения технологии в жизнь. Министерство энергетики США в настоящее время тратит около 500 миллионов долларов в год на термоядерный синтез по сравнению с почти 1 миллиардом долларов на энергию из ископаемого топлива и 2 долларами.7 миллиардов на возобновляемых источниках энергии. Инвестиции в термоядерный синтез кажутся еще меньшими по сравнению с другими крупными программами, такими как НАСА (23 миллиарда долларов) или военными (700 миллиардов долларов).

Таким образом, от фундаментальной физики до государственного бюджета, термоядерная энергия имеет много противодействия.

К энергии термоядерного синтеза следует относиться как к решению, а не просто к эксперименту

Однако в пользу термоядерного синтеза работают ученые и инженеры, которые считают, что это не только возможно, но и неизбежно.

«Я истинно верующий.Я действительно думаю, что мы можем решить эту проблему», — сказал Трой Картер, физик плазмы из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это займет время, но реальная проблема заключается в привлечении ресурсов для решения этих проблем».

Инвесторы также вступают в игру, делая миллиардные ставки на частные начинающие компании, разрабатывающие собственные стратегии синтеза.

Путь к термоядерному синтезу принес пользу и другим областям, особенно физике плазмы, которая широко используется при производстве полупроводников для электроники.«Плазменная обработка — это одна из вещей, которая делает ваши iPhone возможными», — сказала Кэтрин Маккарти, исследователь термоядерного синтеза в Ок-Риджской национальной лаборатории.

И, несмотря на препятствия, были достигнуты реальные успехи. Исследователи из NIF сообщили прошлым летом, что они достигли своих лучших результатов — 1,3 мегаджоуля на выходе из 1,9 мегаджоулей на входе — что сделало их ближе, чем когда-либо, к энергоположительному синтезу. «Мы находимся на пороге возгорания», — сказала Тэмми Ма, физик плазмы из NIF.

Чтобы вырваться из колеи, термоядерный синтез должен быть больше, чем научный эксперимент. Точно так же, как исследование космоса — это больше, чем астрономия, термоядерный синтез — это гораздо больше, чем физика. Он должен стать ведущим инструментом в борьбе с самыми насущными мировыми проблемами, от изменения климата до избавления людей от бедности.

Расширение доступа к энергии тесно связано с улучшением здоровья, экономическим ростом и социальной стабильностью. Тем не менее, около миллиарда человек по-прежнему не имеют электричества, а многие другие имеют только прерывистое электричество, поэтому существует острая гуманитарная потребность в большем количестве энергии.

В то же время окно для ограничения изменения климата захлопывается, а производство электроэнергии и тепла остается доминирующим источником удерживающих тепло газов в атмосфере. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, для достижения одной из целей Парижского соглашения по климату — ограничения потепления менее чем на 1,5 градуса по Цельсию в этом столетии — миру необходимо сократить выбросы парниковых газов наполовину или более к 2030 году. Многие из крупнейших в мире источников выбросов парниковых газов также стремятся свести к нулю свой вклад в изменение климата к середине века.Столь резкое сокращение выбросов означает как можно более быстрый отказ от ископаемого топлива и быстрое внедрение гораздо более чистых источников энергии.

Сегодняшние технологии могут не справиться с задачей устранения противоречия между потребностью в большем количестве энергии и потребностью в сокращении выбросов углекислого газа. Такая проблема, как изменение климата, является аргументом в пользу того, чтобы делать ставки на все виды далеко идущих энергетических решений, но термоядерный синтез может быть технологией с наибольшим потенциалом. А в более длительных временных масштабах, ближе к 2040-м и 2050-м годам, это может стать реальным решением.

Благодаря дополнительным инвестициям со стороны правительств и частного сектора ученые могли бы ускорить темпы своего прогресса и экспериментировать с еще большим количеством подходов к термоядерному синтезу. В США, где большая часть исследований проводится в национальных лабораториях, это означало бы убедить ваших представителей в Конгрессе увлечься термоядерным синтезом и, в конечном счете, потратить больше денег. Законодатели также могут поощрять частные компании к участию в игре, например, устанавливая цены на выбросы углекислого газа, чтобы создать стимулы для исследований в области экологически чистой энергии.

Ключ, по словам Картера, в том, чтобы обеспечить постоянную поддержку термоядерного синтеза. «Учитывая уровень важности здесь и количество денег, вложенных в энергию, нынешние инвестиции в термоядерный синтез — это капля в море», — сказал Картер. «Вы можете себе представить, как увеличить его на несколько порядков, чтобы выполнить работу».

Он добавил, что финансирование термоядерного синтеза не должно поглощать ресурсы других чистых энергетических технологий, таких как ветровая, солнечная и ядерная энергия. «Нам нужно инвестировать по всем направлениям», — сказал Картер.

На данный момент большие термоядерные эксперименты в НИФ и ИТЭР будут продолжать продвигаться вперед. В NIF ученые будут продолжать совершенствовать свой процесс и неуклонно продвигаться к положительному с точки зрения энергии синтезу. Планируется, что ИТЭР начнет работу в 2025 году, а эксперименты по синтезу водорода начнутся в 2035 году.

Искусственная звездная энергия может не освещать мир в течение десятилетий, но сейчас необходимо заложить основы посредством исследований, разработок и развертывания. Он вполне может стать главным достижением человечества, на создание которого ушло более века.