Новый рекорд в ядерном синтезе: немцы совершили «значительный шаг вперед» к практически неограниченной чистой энергии! - New-Science.ru
06 июня 2025, 00:00
Стремление освоить термоядерный синтез — чистый, практически неисчерпаемый источник энергии без долгосрочных радиоактивных отходов — только что достигло важного рубежа. Экспериментальный реактор Wendelstein 7-X (стелларатор, установленный в Германии) побил несколько мировых рекордов, продемонстрировав способность удерживать сверхгорячую и стабильную плазму дольше, чем когда-либо прежде. Этот успех стал ключевым шагом на пути к созданию промышленного термоядерного реактора, который в будущем сможет заменить загрязняющие окружающую среду ископаемые источники энергии.
Термоядерный синтез: десятилетия мечты о чистой энергии
Термоядерный синтез — это процесс, питающий Солнце и звёзды. Он заключается в слиянии лёгких ядер атомов водорода в более тяжёлые (например, гелий), что сопровождается выделением огромного количества энергии. В отличие от ядерного деления, используемого в современных АЭС, синтез почти не создаёт долгоживущих радиоактивных отходов и не несёт риска крупных аварий.
Однако воспроизвести эти экстремальные условия на Земле — колоссальная задача. Для запуска реакции необходимо нагреть топливо до миллионов градусов и удерживать его достаточно долго, чтобы процесс стал самоподдерживающимся. До сих пор экспериментальные реакторы потребляли больше энергии, чем производили.
Стеллараторы против токамаков: два подхода к управлению плазмой
Для удержания плазмы при таких температурах разрабатываются два типа реакторов: токамаки и стеллараторы.
Токамаки (более простые по конструкции) используют сильный электрический ток внутри плазмы для создания магнитного поля, удерживающего её. Однако этот метод сложно стабилизировать на длительное время, что ограничивает эффективность.
Стеллараторы, напротив, применяют сложную систему внешних магнитов, расположенных в виде спирали, что обеспечивает стабильность плазмы без внутреннего тока. Такая конструкция сложнее в разработке, но обещает более устойчивую работу в долгосрочной перспективе. Wendelstein 7-X на сегодняшний день является самым передовым из этих стеллараторов.
Рекордные эксперименты Wendelstein 7-X
В ходе недавних экспериментов, проведенных в Институте физики плазмы имени Макса Планка (IPP) в Грайфсвальде, Германия, международная команда, работающая над Wendelstein 7-X, превзошла все ожидания. Реактор побил несколько мировых рекордов, в частности по продолжительности поддержания плазмы в горячем и стабильном состоянии, что является фундаментальным критерием.
"Тройное произведение" (параметр, объединяющий плотность плазмы, её температуру и время удержания энергии) достигло значений, сопоставимых с лучшими токамаками. Этот показатель критически важен: чтобы реакция стала самоподдерживающейся и давала больше энергии, чем потребляет, необходимо превысить критерий Лоусона.
Томас Клингер, руководитель проекта Wendelstein 7-X, назвал новый рекорд "впечатляющим достижением" и "важным шагом к созданию стелларатора, пригодного для электростанций". Это доказательство того, что у данной технологии есть большое будущее.
Как им удалось совершить такой успех?
Это достижение стало возможным благодаря ключевой технической инновации — новой системе впрыска топлива. Исследователи разработали инжектор, способный выбрасывать сотни гранул замороженного водорода в плазму со скоростью, близкой к скорости пули (до 800 метров в секунду).
Параллельно плазма нагревалась мощными микроволновыми импульсами, достигая температуры 30 миллионов градусов Цельсия. Эта ювелирная работа позволила удерживать плазму в стабильном состоянии в течение 43 секунд — рекордного времени для стелларатора.
Длительное удержание плазмы крайне важно, ведь чем дольше она остается горячей и стабильной, тем больше энергии производит реакция термоядерного синтеза. Эксперимент также установил еще один рекорд: выработку энергии в 1,8 гигаджоуля за шесть минут, что значительно превышает показатели других реакторов, таких как китайский токамак EAST.
К коммерческой термоядерной энергии: ближайшее будущее?
Эти результаты доказывают, что стелларатор — серьезный кандидат на роль ключевой технологии будущих термоядерных электростанций. Его способность удерживать плазму стабильной без внутреннего тока — огромное преимущество для непрерывной коммерческой эксплуатации.
Роберт Вольф, руководитель отдела нагрева и оптимизации Wendelstein 7-X, подчеркивает, что этот успех стал также плодом образцового международного сотрудничества, укрепляющего уверенность в долгосрочной осуществимости термоядерного синтеза.
Конечно, путь еще долог. Следующий шаг — преодоление критического критерия Лоусона и получение больше энергии, чем потребляет реактор. Затем последуют вызовы, связанные со строительством масштабируемых, долговечных и экономичных установок.
Но каждый побитый рекорд, каждый технический прорыв приближает человечество к чистому, практически неисчерпаемому и безопасному источнику энергии.