Следуя примеру солнца, термоядерные электростанции нацелены на слияние изотопов водорода дейтерия и трития и высвобождение большого количества энергии в процессе. Единственным заводом в мире, способным в настоящее время работать на таком топливе, является европейский совместный проект JET, Объединенный европейский Torus в Калхэме близ Оксфорда, Великобритания. Однако последние эксперименты с топливом для будущих термоядерных электростанций были проведены там в 1997 году. Поскольку тритий является очень редким сырьем, с которым также возникают особые проблемы при обращении, исследовательские группы обычно используют водород или дейтерий для экспериментов с плазмой. На будущих электростанциях тритий будет образовываться из лития в процессе производства энергии.

Эксперименты со смесями дейтерий-тритий при подготовке к ИТЭР

"Мы можем очень хорошо изучить физику термоядерной плазмы, работая с водородом или дейтерием, так что это мировой стандарт", - объясняет доктор Афина Каппату из IPP, которая вместе со своими коллегами из IPP доктором Филиппом Шнайдером и доктором Йоргом Хобирком руководила значительной частью европейских совместных экспериментов в JET." Однако для переход к международному крупномасштабному эксперименту по термоядерному синтезу ITER, важно, чтобы мы подготовились к преобладающим там условиям". ИТЭР в настоящее время строится в Кадараше, на юге Франции, и, как ожидается, сможет выделять в десять раз больше энергии, чем подается в плазму в пересчете на тепловую энергию, используя дейтерий-тритиевое топливо.

Чтобы максимально приблизить СТРУЙНЫЙ эксперимент к будущим условиям ITER, предыдущая углеродная облицовка плазменного сосуда была заменена смесью бериллия и вольфрама, как также планируется для ITER, в период с 2009 по 2011 год. Металлический вольфрам более устойчив, чем углерод, который, к тому же, накапливает слишком много водорода. Однако теперь металлическая стенка предъявляет новые требования к качеству плазменного контроля. Текущие эксперименты демонстрируют успехи исследователей: при температурах, в десять раз превышающих температуры в центре Солнца, были достигнуты рекордные уровни генерируемой термоядерной энергии.

Мировой рекорд в условиях, подобных ITER

До изменения материала стенок компания JET установила мировой энергетический рекорд в 1997 году с плазмой, которая произвела 22 мегаджоулей энергии. Этот рекорд сохранился до сих пор. "В последних экспериментах мы хотели доказать, что можем создавать значительно больше энергии даже в условиях, подобных ITER", - объясняет физик IPP доктор Каппату. В многолетней подготовке к экспериментам было задействовано несколько сотен ученых и исследователей. Они использовали теоретические методы, чтобы заранее рассчитать параметры, которые им необходимо было получить для генерации плазмы для достижения своих целей. Эксперименты подтвердили прогнозы в конце 2021 года и поставили новый мировой рекорд: реактивный двигатель произвел стабильную плазму с дейтерий-тритиевым топливом, которое выделило 59 мегаджоулей энергии.

Чтобы производить чистую энергию - то есть выделять больше энергии, чем обеспечивают системы обогрева, - экспериментальная установка слишком мала. Это будет невозможно до тех пор, пока не будет запущен более масштабный эксперимент ITER на юге Франции. "Последние эксперименты в JET являются важным шагом на пути к ITER", - заключает профессор. Сибилла Гюнтер, научный директор Института физики плазмы им. Макса Планка. "То, что мы узнали за последние месяцы, облегчит нам планирование экспериментов с термоядерной плазмой, которая генерирует гораздо больше энергии, чем необходимо для ее нагрева".

Справочная информация: Мегаватты против Мегаджоули

В недавнем рекордном эксперименте реакции термоядерного синтеза в JET высвободили в общей сложности 59 мегаджоулей энергии в виде нейтронов во время пятисекундной фазы плазменного разряда. Выраженный в единицах мощности (энергия за время), JET достиг выходной мощности чуть более 11 мегаватт в среднем за пять секунд. Предыдущий энергетический рекорд, установленный в 1997 году, составлял чуть менее 22 мегаджоулей общей энергии и 4,4 мегаватта мощности в среднем за пять секунд.

О САМОЛЕТЕ

Реактивный самолет был совместно спроектирован и построен участниками европейской программы термоядерного синтеза EUROfusion и совместно эксплуатируется с 1983 года. Английский центр термоядерного синтеза "Culham Centre for Fusion Energy" в Калхэме недалеко от Оксфорда отвечает за технические операции, в то время как временно прикомандированные исследователи и техники из EUROfusion laboratories работают на объекте на основе кампании. Благодаря многочисленным командировкам IPP является важным участником программы JET.

Об Институте физики плазмы имени Макса Планка

Исследование, проводимое в Институте физики плазмы Макса Планка (IPP) в Германии (местонахождение: Гархинг близ Мюнхена и Грайфсвальда), связано с исследованием физических основ термоядерной электростанции. Подобно солнцу, такая установка предназначена для выработки энергии за счет слияния атомных ядер. Исследования IPP являются частью европейской программы fusion. С численностью персонала около 1100 человек IPP является одним из крупнейших исследовательских центров термоядерного синтеза в Европе.