Нова ера: у Німеччині запустили унікальний термоядерний реактор

Як повідомив "Обозреватель", у середу, 3 лютого, в німецькому місті Грайфсвальд запустили термоядерний реактор Wendelstein 7-X із водневою плазмою. На заході була присутня канцлер Німеччини Ангела Меркель.

Кінцеві цілі проекту Wendelstein 7-X - утримання плазми в реакторі до півгодини й отримання значення параметра β, що становить 4-5 (у відсотках). Це число визначає співвідношення тиску плазми до тиску магнітного поля, що утримує її, - пише "Лента".

Управління стеларатором Wendelstein 7-X проводиться Інститутом фізики плазми імені Макса Планка. Будівництво установки почалося в 2005 році і завершилося в 2014-му. Вартість робіт зі створення термоядерного реактора перевищує мільярд євро.

На сьогодні у світі існують два перспективні проекти термоядерних реакторів: токамак і стеларатор. У них плазма утримується магнітним полем. У токамаці вона має форму тороїдального шнура, по якому пропускається електричний струм, а в стелараторі магнітне поле подається зовнішніми котушками.

Гігантський стелларатор W7-X здатний зробити революцію в термоядерному синтезі. Більше 60 років вчені мріють про створення чистого і невичерпного джерела енергії, одержуваної в результаті термоядерного синтезу. Поки ці мрії залишаються мріями. Але завдяки зусиллям учених німецького Інституту фізики плазми ім. Макса Планка у експертів з'явилася надія, що, можливо, скоро все зміниться. Адже інститут завершив спорудження найбільшого в світі термоядерного реактора типу стелларатор. На його будівництво пішло більше 1,1 млн. людино-годин. Установка діаметром 16 метрів називається Вендельштайн 7-Х (W7-X). І ось тепер, після випробувань, які тривали більше року, інженери запустили машину вартістю 1,1 млрд. доларів в перший раз. Темна конячка термоядерних реакторів Відомі як «темна конячка» серед термоядерних реакторів, стеларатори важко побудувати. Ось як споруджувалися різні верстви W7-X протягом 19 років. З 2003 по 2007 рік на проект обрушився ряд великих будівельних невдач, що ледь не призвело до його повної зупинки. А адже спроби побудувати стеларатори у світі досить рідкісні і ще менше з них були доведені до кінця.

У той же час більш популярний двоюрідний брат стелараторів під назвою токамак використовується більш широко, адже його спорудження набагато легше. Три десятки токамаков знаходяться в робочому стані по всьому світу, а всього їх було побудовано близько 200 екземплярів. Як працює термоядерний реактор Токамак. У нього менше шарів, ніж у стелараторів, при цьому форма магнітних котушок також відрізняється. Ключовою вимогою до успішного реактору термоядерного синтезу будь-якого типу є можливість отримання і контролю плазми, розігрітої до температури понад 100 млн. ° С. У цих екстремальних умовах електрони вириваються з атомів, в результаті чого утворюються іони, при цьому сили відштовхування, які зазвичай змушують іони відскакувати один від одного, як машинки, будуть подолані. Тому іони стикаються і зливаються між собою, генеруючи при цьому енергію. Це і називається термоядерним синтезом. Подібний процес вже більше 4,5 млрд. років відбувається на Сонці і триватиме ще близько 4 млрд. років. Після того, як інженери нагрівають газ в реакторі до потрібної температури, вони використовують суперохолоджені магнітні котушки для створення сильних магнітних полів, що утримують плазму.

Приміром, в установці W7-X роботи є 50-6 тонних магнітних котушок, показаних фіолетовим кольором на наведеному вище зображенні GIF. Плазма міститься в червоному змійовику. 

Різниця між токамаками і стелараторами .

Протягом багатьох років токамаки вважалися найбільш перспективними установками для виробництва енергії синтезу, тому що конфігурація їх магнітних котушок, що утримують плазму, краща, ніж в існуючих стелараторів. Але є проблема: токамаки можуть управляти плазмою тільки протягом коротких періодів часу - не більше семи хвилин. При цьому витрати енергії, необхідної для генерації плазми, перевищують кількість енергії, отриманої від цих періодичних сплесків. Таким чином, токамаки споживають більше енергії, ніж виробляють, що вочевидь не відповідає вимогам, висунутим до термоядерним реакторів, які вже досить давно називають «найбільш важливим джерелом енергії наступного тисячоліття». Завдяки своєму внутрішньому устрою, стеларатори повинні утримувати плазму близько 30 хвилин, що значно перевищує подібний показник будь-якого токамака. Приміром, рекорд французького токамака «Торі Supra» становить 6 хвилин 30 секунд. У разі успішної роботи установки W7-X, вона зможе зробити справжню революцію серед реакторів термоядерного синтезу.