Компактный термояд

В конце января на совещании в Международном энергетическом агентстве в Париже исполнительный директор британской Tokamak Energy Дэвид Кингхэм заявил, что его компания к 2030 году построит термоядерную станцию.

Tokamak Energy была создана в 2009 году в Великобритании учеными из лаборатории Кал­хэма — той самой, где был по­строен токамак JET. Первая уста­новка компании — маленький токамак ST25 1.0, который удер­живал плазму на протяжении 20 секунд. Второй мини-токамак, ST25 1.2 HTS, — первый в мире термоядерный реактор, исполь­зующий магниты исключитель­но на сверхпроводниках. Сле­дующий шаг — строительство сферического токамака ST40, в котором плазма достигнет сна­чала температуры 15 млн °C (примерно как в центре Солн­ца), а в перспективе — 100 млн, что должно обеспечить положи­тельный энергетический выход. По утверждению Дэвида Кингхэ­ма, к 2025 году Tokamak Energy продемонстрирует возможность выработки электроэнергии с по­мощью управляемой термо­ядерной реакции, а к 2030-му построит станцию, которая бу­дет поставлять энергию в сеть. В проект Tokamak Energy вло­жено около 20 млн фунтов. В ос­новном это взносы частных британских инвесторов, осталь­ное — Оксфордcкого универ­ситета, L&G Capital и Institution of Mechanical Engineers.

Дэвид Кингхэм охотно ответил на несколько наших вопросов.

— В чем уникальность вашей технологии?

— В токамаке для создания давления и удержания горячей плазмы используются сильные магнитные поля. Есть множе­ство конфигураций магнитного поля в токамаках. Наша техно­логия базируется на сфериче­ском токамаке, причем мы со­здаем его компактный вариант. Посередине находится узкая ко­лонна. Чтобы получить сильное магнитное поле, мы использу­ем магниты из высокотемпера­турных сверхпроводников (HTS- магниты).

Сейчас мы разрабатываем технологию нагревания плаз­мы в таком реакторе. Планиру­ем использовать инжектор ней­трального пучка и гиротроны. Мы сотрудничаем с российскими компаниями для развития этой технологии, а также улучше­ния высокотемпературных про­водников. У нас есть материалы высокого качества, но мы хоте­ли бы добиться лучшего соотно­шения цены и качества.

— На каких результатах вы основываетесь, когда говори­те, что к 2025 году на реак­торе можно будет получить плазму, а к 2030му — подклю­чить его к сети?

— Мы опубликовали несколько научных работ, которые пока­зывают теоретическую и инже­нерную возможность создания компактного токамака. Самая важная публикация — «О мощ­ности и размерах токамака пер­вых термоядерных станций» моих коллег Алана Костли, Яна Хьюгилла и Питера Бакстона. Статья была опубликована два года назад в журнале Nuclear Fusion и до сих пор является са­мой читаемой на сайте издания.

ПО УТВЕРЖДЕНИЮ ДЭВИДА КИНГХЭМА, В 2025 ГОДУ TOKAMAK ENERGY ПРОДЕМОНСТРИРУЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЕМОЙ ТЕРМОЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ, А К 2030-МУ ПОСТРОИТ СТАНЦИЮ, КОТОРАЯ БУДЕТ ПОСТАВЛЯТЬ ЭНЕРГИЮ В СЕТЬ

Мы также построили пер­вый в мире токамак, все магнит­ные катушки которого сдела­ны из ВТСП второго поколения YBCO. Во время Летней научной выставки в Лондоне в 2015 году он непрерывно удерживал плаз­му 29 часов — это мировой ре­корд.

Мы провели детальное тех­нико-экономическое обоснова­ние проектов наших реакторов в Лаборатории физики плаз­мы в Принстоне. С результата­ми этой работы можно ознако­миться в статье под названием «Объекты термоядерной науки и первые установки на основе сферического токамака». Соав­торы этой статьи — сотрудники Tokamak Energy.

— Расскажите о характери­стиках вашего токамака.

— Максимальный радиус тока­мака будет около 1,5 м, индук­ция магнитного поля в самом широком месте — 5 Тл. Цель — достижение мощности 100 МВт.

— Как оцениваете другие реа­лизованные и текущие проек­ты термоядерных реакторов?

— Токамак JET был огромным успехом, он работает уже бо­лее 30 лет. Это до сих пор самый мощный термоядерный реактор в мире. Его мощность 16 МВт, а для нагрева плазмы он исполь­зует 24 МВт электроэнергии. Успех JET привел к созданию ме­ждународного проекта ИТЭР. На его строительство потрачены огромные деньги и много време­ни. Это великолепный пример международного сотрудниче­ства, я уверен, что этот масштаб­ный научный проект будет реа­лизован. Но не слишком скоро. ИТЭР должен дать первую плаз­му в 2025 году, а первую дейте­риево-тритиевую реакцию про­извести к 2035 году. Причем ИТЭР еще не будет давать энер­гию в сеть — демонстрацион­ным проектом термоядерной электростанции должен стать следующий реактор, DEMO, ко­торый сменит ИТЭР с 2050 года. У нашей компании другая цель — быстро создать компакт­ный коммерческий термоядер­ный реактор.

Частные термоядерные проекты

Разработчики токамака американской Skunk Works, подразделения Lockheed Martin, в про­шлом году заявили, что построят компактный (поместится в грузовик) реактор, который обеспечит электроэнергией город с населе­нием 80 тыс. человек. По скудным опублико­ванным данным многие физики пришли к вы­воду, что проект недостаточно обоснован. Однако он продолжается, и только время по­кажет, кто был прав.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Американская Helion Energy, которая базиру­ется в Кремниевой долине, подходит к термо­ядерному синтезу иначе: там хотят столкнуть два шара плазмы (плазмоиды) на высокой ско­рости. Компания из семи ученых создала уже четыре прототипа, но ни один из них не был эффективен. Сейчас работают над пятым.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Канадская General Fusion создает токамак на основе магнитно-инерционного синтеза. Их реактор представляет собой сферу, внутри ко­торой жидкий металл вращается вокруг своей оси. В металл запускается плазма, а по сфере бьют паровые молоты, создавая акустическую волну, волна сжимает инкапсулированную плазму, что приводит к реакции синтеза.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Ученые из Вашингтонского университета раз­рабатывают реактор Dynomak. Это развитие сферомака, варианта токамака. Самое важное отличие — дорогих магнитов из сверхпровод­ников в нем не будет: магнитные поля гене­рируются электрическим током, проходящим через плазму. Уже построен опытный образец, но он в 10 раз меньше будущей установки.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Американская Tri Alpha Energy пообещала со­здать первый коммерческий термоядерный реактор к 2027 году. Установка будет работать на топливе из смеси дейтерия и бора. Исполь­зование бора, по мнению Tri Alpha Energy, предпочтительнее, чем трития, ввиду боль­шей распространенности. Интересно, что в совет директоров Tri Alpha Energy входит глава «Роснано» Анатолий Чубайс.

Далее