В настоящее время управляемый термоядерный синтез очень часто пророчат в качестве замены классическим атомным электростанциям и даже ископаемым видам топлива, однако, несмотря на ряд серьезных успехов в этом направлении, ни одного рабочего прототипа термоядерного реактора пока продемонстрировано так и не было. Строительство же во Франции первого международного термоядерного реактора ITER (в проекте участвуют ЕС, Россия, Китай, Индия и Республика Корея) по-прежнему находится на ранней стадии реализации проекта. Одновременно с этим над разработкой эффективного термоядерного реактора работает американская корпорация Lockheed Martin, а также команда исследователей, представляющих Массачусетский технологический институт (MIT). Именно специалисты MIT сообщили в августе 2015 года о разработке нового проекта достаточно компактного токамака.

Токамак расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками. Это установка в форме тора, предназначенная для удержания плазмы с целью достижения условий, которые необходимы для протекания управляемого термоядерного синтеза. Сама идея токамака принадлежит советским физикам. Предложение об использовании управляемого термоядерного синтеза в промышленных целях, а также конкретная схема с применением термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем впервые были сформулированы физиком О. А. Лаврентьевым в своей работе, написанной в середине 1950-го года. К сожалению, данная работа оказалась «забытой» до 1970-х годов. Сам же термин токамак был придуман И. Н. Головиным, учеником академика Курчатова. Именно токамак-реактор в настоящее время создается в рамках международного научного проекта ITER.

Пока работы над созданием термоядерного реактора ITER во Франции идут довольно медленно, американские инженеры из Массачусетского технологического института выступили с предложением новой конструкцию компактного термоядерного реактора. Подобные реакторы, по их словам, можно будет запустить в коммерческую эксплуатацию всего через 10 лет. При этом термоядерная энергетика, с ее огромными генерируемыми мощностями и неисчерпаемым водородным топливом, уже на протяжении десятков лет остается только мечтой и серией дорогостоящих лабораторных опытов и экспериментов. За эти годы у физиков даже возникла шутка: «Практическое применение термоядерного синтеза начнется через 30 лет, и данный срок не изменится никогда». Несмотря на это в Массачусетском технологическом институте считают, что долгожданный прорыв в энергетике произойдет всего через 10 лет.



Уверенность инженеров из MIT основана на применении новых сверхпроводящих материалов для создания магнита, который обещает быть существенно меньше и мощнее имеющихся в наличии сверхпроводящих магнитов. По словам профессора Денниса Уайта директора центра плазмы и термоядерного синтеза MIT, применение новых коммерчески доступных сверхпроводящих материалов, основанных на редкоземельном оксиде бария и меди (REBCO), позволит ученым разработать компактные и очень мощные магниты. По словам ученых, это позволит достичь большей мощности и плотности магнитного поля, что особенно важно для удержания плазмы. Благодаря новым сверхпроводящим материалам реактор, по мнению американских исследователей, удастся выполнить гораздо более компактным, чем существующие на данный момент проекты, в частности, уже упоминавшийся ITER. По предварительным раскладам, при равной с ITER мощности новый термоядерный реактор будет обладать вдвое меньшим диаметром. За счет этого его строительство станет дешевле и проще.

Другой ключевой особенностью в новом проекте термоядерного реактора является применение жидкостных бланкетов, которые должны заменить традиционные твердотельные, являющиеся главным «расходным материалом» во всех современных токамаках, так как именно они принимают на себя основной нейтронный поток, преобразуя его в тепловую энергию. Сообщается, что жидкость гораздо проще заменить, нежели бериллиевые кассеты в медных корпусах, которые достаточно массивны и весят порядка 5 тонн. Именно бериллиевые кассеты будут использоваться в конструкции международного экспериментального термоядерного реактора ITER. Брэндон Сорбом один из ведущих исследователей MIT, который трудится над проектом, говорит о высокой эффективности нового реактора в районе 3 к 1. При этом, с его же слов, конструкция ректора в будущем может быть оптимизирована, что, возможно, позволит достичь соотношения вырабатываемой энергии к затрачиваемой энергии на уровне 6 к 1.

Сверхпроводниковые материалы на основе REBCO обеспечат более мощное магнитное поле, что сделает более легким управление плазмой: чем сильнее поле, тем меньший объем активной зоны и плазмы можно использовать. Результатом станет то, что небольшой термоядерный реактор сможет производить такое же количество энергии, как и современный большой. При этом компактную установку проще будет построить, а затем и эксплуатировать.



Нужно понимать, что от мощности сверхпроводящих магнитов напрямую зависит КПД термоядерного реактора. Новые магниты можно будет использовать и на существующей конструкции токамаков, которые обладают активной зоной в форме «пончика». Помимо этого, возможен и ряд других новшеств. Стоит отметить, что строящийся сегодня во Франции недалеко от Марселя крупный экспериментальный токамак ITER стоимостью порядка 40 миллиардов долларов не учитывал прогресс в области сверхпроводников, иначе этот реактор мог бы иметь вдвое меньшие размеры, обошелся бы создателям существенно дешевле и был бы быстрее построен. Впрочем, возможность установки новых магнитов на ITER существует и это сможет в будущем существенно повысить его мощность.

Сила магнитного поля играет ключевую роль в управляемом термоядерном синтезе. Удвоение данной силы сразу в 16 раз повышает мощность реакции синтеза. К сожалению, новые сверхпроводники REBCO не в состоянии удвоить силу магнитного поля, однако все же способны в 10 раз увеличить мощность реакции синтеза, что также представляет собой отличный результат. По мнению профессора Денниса Уайта, термоядерный реактор, который будет способен снабжать электрической энергией порядка 100 тысяч человек, можно будет построить в течение примерно 5 лет. Трудно в это сейчас поверить, но эпохальный прорыв в энергетике, который сможет остановить процесс глобального потепления, может произойти сравнительно быстро, практически в наши дни. При этом в MIT уверены в том, что на этот раз 10 лет — не шутка, а самый настоящий срок появления первых работоспособных токамаков.

Источники информации:
http://zoom.cnews.ru/rnd/article/item/termoyadernyj_sintez_vsego_cherez_10_let
http://www.3dnews.ru/918575
http://seo-top-news.com.ua/injenery-mit-obeshchajut-sozdat-kompaktnyj-termojadernyj-reaktor-za-10-let