STEP — преемник 40-летнего проекта ЕС, ставшего рекордсменом в области термоядерного синтеза в Оксфордшире.
На этой неделе британский проект по созданию первой в мире термоядерной электростанции окажется в центре внимания, поскольку его предшественник, поддерживаемый ЕС, завершает свои 40 лет работы.
Новый проект Spherical Tokamak for Energy Production (STEP), который будет построен в Ноттингемшире, направлен на использование инновационной технологии реактора в попытке окончательно доказать перспективность термоядерного синтеза как безопасного и потенциально неисчерпаемого источника низкоуглеродной энергии.
STEP сменит проект ДЖЭТ (англ. Joint European Torus, JET) под Оксфордом, который провел свой последний эксперимент в декабре и в четверг объявит финальные "контрольные результаты".
Переход происходит в то время, когда изменение климата и геополитические конфликты стимулируют волну государственных и частных инвестиций в исследования в области термоядерного синтеза.
"За последние несколько лет глобальный интерес к термоядерному синтезу… претерпел необычайную трансформацию", — говорит Тим Бествик, заместитель исполнительного директора Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA), которое руководит британской программой термоядерного синтеза.
"Ключевое изменение — это повсеместное осознание того, что нам нужно нечто, обладающее свойствами термоядерной энергии, чтобы решить проблемы, связанные с безопасностью и низкоуглеродной энергетикой", — утверждает он.
Перспектива термоядерного синтеза заключается в том, что, воссоздав реакцию, которая генерирует тепло Солнца, электростанции смогут производить энергию в изобилии в любой точке мира.
Процесс включает в себя нагревание плазмы двух изотопов водорода (обычно дейтерия и трития) до экстремальных температур, в результате чего они сливаются, выделяя гелий и нейтроны.
В результате реакции не образуются долгоживущие радиоактивные отходы, изотопы можно получать в больших количествах, а небольшая чашка топлива способна питать дом в течение сотен лет.
Однако после четырех десятилетий экспериментов технология все еще не доказала, что она может генерировать энергию в коммерческих масштабах.
Великобритания находится на передовой исследований в области термоядерного синтеза во многом благодаря решению построить ДЖЭТ (совместное предприятие стран-членов ЕС, Швейцарии, Великобритании и Украины) недалеко от Оксфорда в начале 1980-х годов.
Он был открыт королевой Елизаветой II в 1984 году, произвел первую дейтерий-тритиевую плазму в 1991 году и установил мировой рекорд по выработке энергии в 1997 году. В 2021 году ДЖЭТ установил еще один рекорд, произведя за пять секунд реакции достаточно энергии, чтобы вскипятить около 60 чайников, хотя это все равно намного меньше того количества энергии, которое было затрачено в ходе эксперимента.
Мелани Уиндридж, исполнительный директор консультационной группы Fusion Energy Insights, отметила, что ДЖЭТ "работает и занимается передовой физикой уже несколько десятилетий, и на десятилетия дольше, чем предполагалось".
Согласно текущему графику правительства, машина STEP начнет работать только в начале 2040-х годов. Но экологическая и политическая необходимость может сдвинуть этот срок.
© Том Пилстон/FT
"Мы будем внимательно изучать возможность ускорения прогресса", — говорит Дэвид Ганн, инаугурационный председатель UK Industrial Fusion Solutions, правительственной организации, ответственной за строительство завода.
Если ДЖЭТ была экспериментальной установкой, то главная цель STEP — производить электроэнергию для энергосистемы в коммерческих целях. Она будет построена на месте выведенной из эксплуатации угольной электростанции.
Искусственный интеллект, в частности машинное обучение, будет играть ключевую роль в STEP, позволяя ученым тестировать цифровые версии технологии, прежде чем принять решение о разработке, — сообщил Ганн.
STEP, как и ДЖЭТ, будет представлять собой разновидность термоядерной установки, известной как токамак. Но если ДЖЭТ и еще около 50 работающих токамаков в мире имеют форму пончика, то STEP, по словам Ганна, будет сферическим, как "яблоко с тонкой сердцевиной".
Благодаря тому, что перегретая плазма будет располагаться ближе к стенкам аппарата, сферические токамаки теоретически могут быть более компактными и использовать меньшие и менее дорогие магниты. Это может облегчить их коммерциализацию, хотя и потребует огромных инженерных достижений.
Токамаки нагревают плазму до температур, в 10 раз превышающих температуру в центре Солнца, и используют жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю (минус 273 °C), в качестве охлаждающей жидкости для своих сверхпроводящих магнитов.
"В двух метрах друг от друга находятся самое жаркое место в Солнечной системе и самые низкие температуры на Земле", — рассказывает Джо Милнс, бывший руководитель операций ДЖЭТ, а ныне исполнительный директор по инженерным вопросам и вычислениям в UKAEA. "Как создать машину, способную справиться с этой задачей? Нужно взяться за дело и сделать все возможное".
Одно из преимуществ термоядерного синтеза заключается в том, что, в отличие от деления ядер, он не создает радиоактивного отработанного топлива, которое необходимо хранить в надежных хранилищах в течение тысяч лет.
Тритий слабо радиоактивен. Когда представители Financial Times посетили установку в Оксфордшире, можно было пройти за гигантские бетонные двери и попасть в огромный ангар токамака, несмотря на то что последняя реакция произошла менее пяти недель назад.
Последней задачей ДЖЭТ станет разборка токамака — это первый случай такого масштабного вывода из эксплуатации. Это должно принести новые ценные знания, не в последнюю очередь в области робототехники, которая будет использоваться в этом процессе.
Некоторые руководители термоядерной промышленности поставили под сомнение решение Великобритании сосредоточиться на одном термоядерном проекте. Правительство США, напротив, поддерживает несколько стартапов, использующих различные подходы.
Уиндридж из Fusion Energy Insights отверг эти опасения. "Мы можем десятилетиями говорить о том, какой вариант может быть лучшим, но в конечном итоге нужно строить, пробовать и смотреть, что получится", — считает она.
Теперь STEP возьмет на себя большую задачу — воплотить давнюю мечту об энергии термоядерного синтеза в реальность, несмотря на многочисленные препятствия.
"Это поиск", — говорит Бествик из UKAEA. "И мы считаем, что этот поиск того стоит".
Источник: @thebugged
