«Искусственное солнце» Южной Кореи разгоняют ради плазмы температурой в 100 млн градусов

Исследователи в области термоядерной энергетики модернизировали токамак KSTAR, и он стал дольше поддерживать необычайно высокую температуру плазмы.


Корейский институт термоядерной энергетики (KFE) установил в токамаке KSTAR новый узел, позволяющий «искусственному солнцу» дольше поддерживать температуру высоких ионов, превышающую 100 миллионов градусов Цельсия. Токамак — это сокращение от «тороидальная камера магнитная». Он представляет собой установку для управляемого термоядерного синтеза. Напомним, что тор — это объёмная геометрическая фигура в форме идеально правильного бублика или пончика, если угодно, или спасательного круга.

Полное название установки KSTAR — Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, «Передовое исследование корейского сверхпроводящего токамака». KSTAR называют «искусственным солнцем», потому что в нём происходит принципиально такой же ядерный синтез, такая же реакция, которая наполняет энергией наше светило.

Корейский токамак построили в 2007 году, а первую плазму в нём получили в 2008-м. Если проводить сравнение с европейскими достижениями, то KSTAR примерно на треть больше «Международного экспериментального термоядерного реактора» (ITER), который ещё только строят во Франции. Согласно конструкции, в обоих гигантских «пончиках» ядерный синтез происходит благодаря использованию плазмы из электрически заряженных газов, доведённых до сверхвысоких температур и давления.

В нижней части KSTAR есть отводящее устройство, которое регулирует выбросы отработанных газов и примесей из реактора. Отводящий элемент расположен внутри, принимая на себя весь жар происходящей реакции. На сегодняшний день KSTAR пока что справляется с перегретой плазмой около 30 секунд. Но специалисты стремятся усовершенствовать установку настолько, чтобы к концу 2026 года она выдерживала 5 минут.

Изначально у KSTAR был «сбросной клапан» из углерода. Но в 2018 году началась работа над аналогичным узлом на основе вольфрама. Этот наиболее тугоплавкий из всех металлов «плывёт» при более высоких температурах, чем углерод. В Корейском национальном совете по науке и технологии сообщили, что применение вольфрама вдвое увеличивает порог теплового потока в реакторе. Прототип нового «клапана» создали в 2021 году, а вмонтировали его в 2023-м.

Президент KFE Сук Чжэ Ю сообщил, что в KSTAR установили такой же отводящий элемент на основе вольфрама, какой выбрали их европейские коллеги для проекта ITER. И заверил, что корейские учёные с помощью экспериментов в KSTAR приложат все усилия, чтобы помочь развитию ITER.

Исследования ядерного синтеза кажутся неспешными, однако успехи всё значительнее. Так, в 2022 году учёным из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), США, впервые удалось получить чистый прирост энергии при термоядерной реакции. И всё равно мировая наука всё ещё далека от идеала в виде источника энергии с нулевыми выбросами углерода, признают эксперты.

Первая плазма ITER ожидается в 2025 году, а первый термоядерный синтез запланирован на 2035-й. Но сроки запуска реактора сорвались, а его стоимость резко возросла, с 5 млрд евро в 2006 году до более чем 20 млрд €.

Аналогичные проекты активно развивают во многих странах. Например, 1 декабря 2023 года состоялось открытие шестиэтажного реактора JT-60SA в Японии. По оценкам вовлечённых в этот проект исследователей, японскому реактору понадобится два года на выработку плазмы, необходимой для экспериментов. По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), по всему миру уже функционирует более 50 токамаков.

Эксперименты с плазмой на KSTAR с новым вольфрамовым «клапаном» продлятся до февраля. Корейские специалисты следят при этом за стабильностью показаний в надежде как можно скорее получить плазму температурой в 100 млн градусов.