Стремление к овладению термоядерным синтезом — практически неисчерпаемым и экологически чистым источником энергии — вышло на новый уровень. Экспериментальный реактор Wendelstein 7-X (стелларатор, установленный в Германии) побил несколько мировых рекордов, продемонстрировав способность удерживать сверхгорячую и устойчивую плазму дольше, чем когда-либо прежде. Этот успех стал принципиально важным этапом на пути к созданию промышленного термоядерного реактора, который в перспективе способен заменить загрязняющие окружающую среду ископаемые источники энергии.
Термоядерный синтез — именно тот процесс, который питает Солнце и звёзды. Его суть сводится к слиянию лёгких ядер, например водородных, в более тяжёлые (такие как гелий), при этом высвобождается огромное количество энергии. В отличие от ядерного деления, которое лежит в основе современных АЭС, реакция синтеза практически не порождает долгоживущие радиоактивные отходы и не несёт серьёзных рисков крупных аварий.
Однако воссоздать столь экстремальные условия на Земле — задача колоссальной сложности. Чтобы запустить реакцию, необходимо нагреть топливо до миллионов градусов и удерживать его достаточно долго, чтобы процесс перешёл в самоподдерживающуюся стадию. До сих пор все экспериментальные установки, как правило, потребляли больше энергии, чем выдавали.
Для удержания плазмы при столь высоких температурах используют два основных типа реакторов: токамаки и стеллараторы. Токамаки, обладающие более простой конструкцией, создают мощное магнитное поле за счёт сильного электрического тока, протекающего внутри плазмы. Однако длительная стабилизация этого тока остаётся серьёзным вызовом. Стеллараторы же полагаются на сложные внешние магниты, спирально обвивающие камеру. Такая конструкция сложнее, но обеспечивает более устойчивую работу в долгосрочной перспективе. Wendelstein 7-X сегодня признан самым технологически продвинутым из этих стеллараторов.
В ходе последних экспериментов, проведённых в Институте физики плазмы имени Макса Планка (IPP) в Грайфсвальде, международная команда исследователей превысила все ожидания. Установленные рекорды касаются в первую очередь продолжительности поддержания плазмы в горячем и стабильном состоянии — ключевом условии для будущих энергетических установок. «Тройное произведение» (плотность плазмы, её температура и время удержания энергии) достигло показателей, сопоставимых с лучшими токамаками. Этот параметр особо важен, ведь для перехода реакции в самоподдерживающуюся фазу необходимо превзойти критерий Лоусона.
Томас Клингер, руководитель проекта Wendelstein 7-X, охарактеризовал новый рекорд как «впечатляющее достижение» и «важный шаг на пути к стелляторам, пригодным для масштабного промышленного использования». Это ещё одно убедительное доказательство колоссального потенциала технологии.
Добиться столь высоких результатов удалось благодаря внедрению уникальной системы впрыска топлива. Учёные разработали инжектор, способный отправлять сотни гранул замороженного водорода в плазму со скоростью, нередко доходящей до 800 метров в секунду. Одновременно плазму поддерживали в нужном состоянии за счёт мощных микроволновых импульсов, разогревая её до 30 миллионов градусов по Цельсию. Точная координация этих процессов позволила удерживать плазму в стабильном состоянии на протяжении 43 секунд — абсолютный рекорд для стелларатора. Помимо этого, был достигнут выдающийся результат по общей выработке энергии: 1,8 гигаджоуля за шесть минут — значительно превосходя показатели аналогичных реакторов вроде китайского токамака EAST.
Эти достижения свидетельствуют о том, что стелларатор может стать основой будущих промышленных термоядерных электростанций. Его способность поддерживать плазму без внутреннего тока — огромное преимущество в задаче непрерывного функционирования. Роберт Вольф, возглавляющий направление нагрева и оптимизации в проекте Wendelstein 7-X, особо отметил важность международного сотрудничества при выполнении столь амбициозных экспериментов, укрепляя веру в долгосрочную перспективу термоядерного синтеза.
Разумеется, следующий рубеж — выйти за рамки критерия Лоусона и достичь энерговыхода, превышающего затраты на нагрев плазмы. Потом предстоит решить задачи масштабируемости, надёжности и экономической целесообразности таких установок. Однако каждый новый рекорд и каждая технологическая победа всё ближе приближают нас к обретению безопасного, неисчерпаемого и чистого источника энергии.
