Команды ученых, работающих независимо друг от друга на двух разных континентах, сумели достичь сходных стадий в своих попытках получить такой источник энергии, который позволит человечеству эффективно бороться с изменением климата: им удалось создать чрезвычайно впечатляющие магниты.
В четверг ученые, работающие над Международным термоядерным экспериментальным реактором (ИТЭР) на юге Франции, получили первую часть огромного магнита, настолько мощного, что, как утверждает его американский производитель, он способен поднять авианосец.
Этот магнит, который после сборки будет достигать почти 20 метров в высоту и более 4 метров в диаметре, является важнейшим компонентом, играющим ключевую роль в попытках 35 стран овладеть технологией ядерного синтеза.
Между тем на этой неделе группа ученых из Массачусетского технологического института (МТИ) вместе с одной частной компанией объявили, что они тоже достигли важной стадии в разработке технологии ядерного синтеза: они успешно провели испытания самого сильного высокотемпературного сверхпроводящего магнита, который, возможно, позволит им обогнать команду ИТЭР в гонке за создание «солнца на Земле».
В отличие от существующих реакторов, работающих за счет деления ядер, которые дают радиоактивные отходы и порой становятся причиной катастрофических аварий, ядерный синтез, как утверждают его апологеты, может стать чистым и в буквальном смысле неиссякаемым источником энергии. Разумеется, если ученым и инженерам удастся освоить технологии ядерного синтеза — они бьются над решением этой задачи уже почти сто лет.
В противовес расщеплению атомов ядерный синтез фактически повторяет процесс, который естественным образом происходит внутри звезд: два атома водорода сливаются друг с другом, в результате чего возникает атом гелия — и выделяется огромное количество энергии.
Чтобы такое слияние двух атомов произошло, требуется невообразимое количество тепла и чрезвычайно высокое давление. Один из способов этого достичь — превратить водород в ионизированный газ, то есть в плазму, которую помещают в специальную вакуумную камеру в форме пончика.
Это можно сделать с помощью мощных сверхпроводящих магнитов, таких как «центральный соленоид», который американская компания General Atomics начала переправлять из Сан-Диего во Францию летом этого года.
Ученые утверждают, что ИТЭР уже готов на 75 процентов. Они намерены запустить реактор уже к началу 2026 года. Их конечная цель — произвести больше энергии, чем требуется для того, чтобы разогреть плазму, и доказать, что технология ядерного синтеза действительно жизнеспособна.
Среди их конкурентов, стремящихся достичь той же цели, можно выделить команду МТИ. Эта команда утверждает, что ей удалось создать магнитное поле, которое в два раза сильнее поля ИТЭР, с помощью электромагнита, который в 40 раз меньше.
Ученые из МТИ и компании Commonwealth Fusion Systems сообщили, что они, возможно, сумеют создать установку, готовую к широкому использованию, уже к началу 2030-х годов.
«Все это задумывалось как коммерческий проект, — сказала выдающийся физик и вице-президент МТИ Мария Зубер (Maria Zuber). — Мы не рассчитывали на то, что это будет всего лишь научный эксперимент».
Хотя ИТЭР создавался не для того, чтобы производить электроэнергию, в случае успеха он может стать прототипом для похожих, но более сложных реакторов.
Сторонники этого проекта утверждают, что, даже если его постигнет неудача, страны-участницы все равно приобретут технические навыки, которые затем можно будет использовать в других областях — от физики частиц до разработки новейших материалов, способных выдерживать сверхвысокие температуры.
Все страны, участвующие в проекте ИТЭР, — в том числе Соединенные Штаты, Россия, Китай, Япония, Индия, Южная Корея и множество европейских стран, — делят между собой расходы на его реализацию, и все они могут пользоваться полученными научными данными и интеллектуальной собственностью.
Центральный соленоид — это один из 12 крупных модулей, которые Соединенные Штаты передают в проект ИТЭР. Все они были построены американскими компаниями, и финансирование на их строительство было выделено Конгрессом США.
«Факт успешной доставки первого модуля на установку ИТЭР — это невероятный триумф, потому что каждый этап производственного процесса приходилось разрабатывать с нуля», — сказал Джон Смит (John Smith), технический директор компании General Atomics.
Эта компания потратила несколько лет на разработку новых технологий и методов, позволяющих строить и перемещать части магнитов, в том числе катушки весом в 110 тонн, по территории предприятия, а затем и по всему миру.
«Технический опыт, накопленный за этот период времени, станет бесценным вкладом в будущие проекты подобного масштаба», — сказал Смит.
«Цель ИТЭР — доказать, что технология ядерного синтеза может стать жизнеспособным и экономически целесообразным источником энергии, однако мы уже смотрим вперед, пытаясь понять, что будет дальше, — добавил он. — Это сыграет важную роль в том, чтобы сделать ядерный синтез коммерчески успешной технологией, и у нас уже сейчас есть идея касательно того, что для этого нужно сделать».
Атомная энергия — сначала это было расщепление ядра, а теперь слияние ядер — до сих пор остается главным шансом человечества на резкое сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу до нуля к 2050 году, о чем сказал Фредерик Бордри (Frederick Bordry), руководивший разработкой и строительством другой безумно сложной установки для проведения научных экспериментов — Большого адронного коллайдера в ЦЕРН.
«Когда мы говорим о стоимости ИТЭР, это мелочь по сравнению с его воздействием на процесс изменения климата. — добавил он. — Нам придется найти необходимые средства».
