Китайцы создали искусственное Солнце. Оно может дать энергию всему человечеству
На термоядерном реакторе EAST, прозванном "китайским искусственным солнцем", учёные разогрели плазму до ста миллионов градусов (температура в центре нашей звезды – 15 миллионов °C), сообщили Вести.ру со ссылкой на информацию Академии наук КНР. Таким образом сделан очередной шаг к источнику дешёвой и экологически чистой энергии для всего человечества.
EAST относится к так называемым токамакам. Само это слово было придумано Игорем Николаевичем Головиным, учеником академика Курчатова, когда в начале 50-х годов прошлого века в СССР начались активные исследования в области управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей (от "ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками"), а первая такая камера начала действовать в нашей стране в 1954 году, когда десятки миллионов китайцев, следуя установке Мао Цзедуна, варили в горшках во дворах своих хижин чугун.
Да что китайцы! – в США идея с использованием термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем обсуждалась в начале 50-х лишь на теоретическом уровне, а вскоре была «забыта» вплоть до 70-х годов. В СССР же токамаки строились один за другим, и в 1968 году на установке T-3, построенной в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова под руководством академика Л. А. Арцимовича, была достигнута температура плазмы 10 миллионов кельвинов. После этого начался бум токамаков в мире, их начали строить в США, Западной Европе, в 1985 году первый токамак появился в Японии. Китайцы запустили свой EAST в 2006 году, но продвинулись очень быстро, в практическом плане опередив, насколько можно судить по доступной информации, всех конкурентов.
Но зачем понадобилось разогревать плазму до температуры, почти в семь раз превышающей температуру солнечного ядра? Как поясняет научная редакция Вести.ру, термоядерным реакциям в центре Солнца способствует мощная гравитация звезды и её огромные размеры. Чтобы получить нужный результат в земных условиях, и требуется такая гигантская температура. При этом её нужно поддерживать достаточно долго, чтобы необходимые реакции успели произойти. В 2017 году EAST впервые удержал максимальную температуру плазмы в течение более чем ста секунд.
Столь замечательный результат был получен благодаря использованию сразу четырёх источников тепла.
Во-первых, плазму нагревали низкие гибридные волны и электронные циклотронные волны (это разные виды продольных колебаний электронов и ионов).
Во-вторых, физики использовали ионный циклотронный резонанс. Суть явления состоит в том, что в однородном и постоянном во времени магнитном поле ионы движутся по кругу с определённой частотой. Если периодически и с той же частотой передавать им дополнительный импульс с помощью электрического поля, можно сильно повысить энергию ионов и тем самым поднять и температуру вещества.
Наконец, свой вклад внесло впрыскивание нейтрального пучка. Поясним, о чём речь. Горячая плазма в реакторе удерживается магнитным полем. Возникающие силы заставляют заряженные частицы изменять траекторию, избегая столкновения со стенками камеры (только благодаря этому последние не обращаются в пар). Однако на электрически нейтральные атомы магнитное поле не действует. Поэтому струя такого вещества может беспрепятственно проникнуть в магнитную ловушку. Там атомы моментально сталкиваются с ионами плазмы, теряют электроны и сами превращаются в ионы. При этом большая часть кинетической энергии пучка расходуется на нагрев плазмы.
Умелое использование всех этих механизмов и позволило учёным получить тепловую мощность более десяти мегаватт и с её помощью нагреть плазму до 100 миллионов °C. Точнее говоря, речь идёт о температуре электронов. Протоны – частицы гораздо более тяжёлые и в том же облаке плазмы могут иметь совсем другую температуру.
Эксперименты с периодическим воспроизведением такого состояния плазмы продолжались четыре месяца. Физики изучали устойчивость плазмы в магнитной ловушке, воздействие её на стенки реактора, движение раскалённого вещества и так далее.
Также испытанию подвергся охлаждаемый водой вольфрамовый дивертор – устройство, мешающее частицам со стенок камеры попадать в плазму.
В последние годы похожий результат был достигнут на нескольких термоядерных реакторах, но результат китайских физиков особенно важен в связи с необычно высокой температурой, которая развивается в EAST.
EAST стал первым в мире токамаком с некруглым поперечным сечением, магнитное поле в котором полностью создаётся сверхпроводящими электромагнитами.
Опыт китайских физиков наверняка будет учтён в проекте ИТЭР. Это крупнейший в мире термоядерный реактор, в строительстве которого участвуют 35 стран, в том числе Россия, Китай и США.
Конечной целью исследователей является промышленный термоядерный реактор. Если человечеству удастся создать эту технологию, оно будет фактически навсегда обеспечено дешёвой и экологически чистой энергией.
Правда, предстоит решить ещё несколько проблем, например, наладить производство тяжёлого изотопа водорода трития, который является стандартным термоядерным топливом, но, кажется, и эта проблема будет в обозримом будущем решена.
А что же Россия? Сказать, что мы совсем уж скатились на обочину прогресса, нельзя, наверное. Википедия сообщает, что у нас есть Т-7 — уникальная установка, в которой впервые в мире в 1979 году реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом с проводниками из сплава (интерметаллида) ниобий-олово, охлаждаемого жидким гелием, и таким образом была подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики, в 1988 году был запущен T-15 - реактор со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле индукцией 3,6 Тл, (в 1995 г. эксперименты были приостановлены, гласит Википедия, но с 2012 г. проходит модернизацию, окончить которую планируется в 2019 году), в 1999 году создан новейший в России токамак Глобус-М, наши учёные и инженеры принимают участие в общеевропейском проекте ЦЕРН (со вкладом в 5-7% в денежном и интеллектуальном выражениях), играют не последнюю роль в упомянутом выше проекте ITER, но мы давно не лидеры и даже не в тройке призёров в гонке за управляемым термоядерным синтезом. Получается примерно также, как с идеей осчастливить человечество созидательной энергией идей коммунизма.
...Говорят, в подмосковном Протвино, где зарождался Институт физики высоких энергий (ИФВЭ), туристы могут погулять по тоннелям заброшенного протонного ускорителя, ещё в брежневские застойные годы бывшим крупнейшим в мире; зрелище впечатляющее, - Тарковскому с его «Сталкером» и не снилось.
Читал научную литературу, пересказывал и комментировал
Юрий Алаев.