Европейские ученые добились больших успехов на пути к производству энергии с помощью термоядерной плазмы: они произвели стабильную плазму с выходной энергией 59 мегаджоулей на крупнейшей в мире термоядерной установке JET в Калхэме недалеко от Оксфорда, Великобритания. Команда, в которую также входят исследователи из Института физики плазмы им. Макса Планка (IPP), использовала топливо будущих термоядерных электростанций. Это были первые подобные эксперименты в мире за более чем 20 лет.
Следуя примеру Солнца, термоядерные электростанции стремятся синтезировать изотопы водорода дейтерий и тритий и высвобождать при этом большое количество энергии. Единственная в мире установка, способная в настоящее время работать на таком топливе, — это европейский совместный проект JET, Joint European Torus в Калхэме недалеко от Оксфорда, Великобритания. Однако последние эксперименты с топливом для будущих термоядерных электростанций проводились там в 1997 году. Поскольку тритий является очень редким сырьем, которое также создает особые проблемы при обращении, исследовательские группы обычно используют водород или дейтерий для экспериментов с плазмой . В будущих электростанциях тритий будет образовываться из лития при производстве энергии .
Эксперименты со смесями дейтерия и трития при подготовке к ИТЭР
«Мы можем очень хорошо исследовать физику термоядерной плазмы, работая с водородом или дейтерием, так что это стандарт во всем мире», — объясняет доктор Афина Каппату из IPP, которая вместе со своими коллегами из IPP докторами Филипом Шнайдером и доктором Йоргом Хобирком руководила значительными частями. европейских совместных экспериментов на JET». Однако для перехода к международному крупномасштабному термоядерному эксперименту ITER важно, чтобы мы подготовились к преобладающим там условиям». ИТЭР в настоящее время строится в Кадараше на юге Франции, и ожидается, что он сможет выделять в десять раз больше энергии, чем подается в плазму в виде тепловой энергии, используя дейтериево-тритиевое топливо.
Чтобы максимально приблизить эксперимент JET к будущим условиям ИТЭР, прежняя углеродная облицовка плазменного корпуса была заменена смесью бериллия и вольфрама, как это планируется и для ИТЭР, в период с 2009 по 2011 год. Металлический вольфрам более устойчив. чем углерод, который к тому же хранит слишком много водорода. Однако теперь металлическая стена предъявляет новые требования к качеству контроля плазмы. Нынешние эксперименты демонстрируют успехи исследователей: при температурах, в десять раз превышающих температуру в центре Солнца, были достигнуты рекордные уровни генерируемой термоядерной энергии.
Мировой рекорд в условиях, подобных ИТЭР
До изменения материала стен компания JET в 1997 году установила мировой энергетический рекорд с помощью плазмы, производившей 22 мегаджоуля энергии. Этот рекорд стоит до сих пор. «В последних экспериментах мы хотели доказать, что можем создавать значительно больше энергии даже в условиях, подобных ИТЭР», — объясняет физик IPP доктор Каппату. В годы подготовки к экспериментам было вовлечено несколько сотен ученых и исследователей. Они использовали теоретические методы, чтобы заранее рассчитать параметры, необходимые для получения плазмы для достижения своих целей. Эксперименты подтвердили прогнозы в конце 2021 года и установили новый мировой рекорд : JET произвел стабильную плазму с дейтериево-тритиевым топливом, выделив 59 мегаджоулей энергии.
Для производства чистой энергии, то есть для высвобождения большего количества энергии, чем обеспечивают системы обогрева, экспериментальная установка слишком мала. Это будет невозможно до тех пор, пока не будет запущен крупномасштабный эксперимент ИТЭР на юге Франции. «Последние эксперименты на JET — это важный шаг на пути к ИТЭР», — заключает профессор Сибилла Гюнтер, научный директор Института физики плазмы им. Макса Планка. «То, что мы узнали за последние месяцы, облегчит нам планирование экспериментов с термоядерной плазмой , которая генерирует гораздо больше энергии, чем необходимо для ее нагрева».
Справочная информация: мегаватты против мегаджоулей
В недавнем рекордном эксперименте реакции синтеза в JET высвободили в общей сложности 59 мегаджоулей энергии в виде нейтронов во время пятисекундной фазы плазменного разряда. Выраженный в единицах мощности (энергия за время), JET достиг выходной мощности чуть более 11 мегаватт в среднем за пять секунд. Предыдущий энергетический рекорд, установленный в 1997 году, составлял чуть менее 22 мегаджоулей общей энергии и 4,4 мегаватта мощности в среднем за пять секунд.
