Физики Новосибирска представили вариант установки в 200 раз дешевле проекта ИТЭР
Здесь надо напомнить, что история управляемого термоядерного синтеза началась в 1950-х годах именно с установки, которую сейчас планируют создать в Новосибирске. Речь идет о так называемой газодинамической многопробочной ловушке (ГДМЛ), где для получения термоядерной реакции температура плазмы должна достигать 150 миллионов градусов. Идея открытых ловушек (пробкотронов) принадлежит основателю института академику Будкеру. Конструкция представляла из себя, по сути, открытую трубу с магнитными пробками на концах. Тогда было проведено много экспериментов, но ученым так и не удалось решить главную проблему - как заткнуть трубу - свести к минимуму контакт разогретой до миллионов градусов плазмы со стенкой реактора. И как альтернатива была предложена идея замкнутых ловушек - знаменитых токамаков. В их похожей на бублик магнитной камере мощное магнитное поле не дает плазме коснуться стенки реактора. Главная проблема таких установок была решена, и открытые системы ушли в тень.
В 2013 году на юге Франции началось строительство токамака - экспериментального термоядерного реактора. Проект ИТЭР реализуют всем миром. Доля Евросоюза - 45,4 процента, России, США, Китая, Южной Кореи, Японии и Индии - по 9,1 процента. Примечательно, что несмотря на все санкции, сотрудничество с Россией продолжается - в научном сообществе понимают, что без российских ученых и инженеров проект может вообще заглохнуть.
Планировалось, что в 2025 году здесь получат первую плазму, а затем смогут провести термоядерный синтез - слияние ядер дейтерия и трития. Стоимость проекта сначала составляла почти 6 миллиардов евро, но постоянно росла и оценивается уже около 20 миллиардов евро. Дело в том, что в начале 2023 года на ИТЭР возникли проблемы, в частности, выявлены трещины на трубопроводах системы охлаждения и признаки коррозии на теплозащитном экране. Понятно, что сроки строительства будут продлеваться, а затраты расти.
Но в сибирском институте не забыли идеи своего основателя. Все эти годы ученые продолжали экспериментировать с открытыми ловушками. Сейчас действуют уже четыре экспериментальные установки такого типа. Все ноу-хау, наработанные на них, планируется применить в проекте газодинамической ловушки (ГДМЛ).
- Главный вопрос, на который должна она дать ответ, - возможно ли создание реактора на основе открытой магнитной системы, - поясняет замдиректора по научной работе ИЯФ СО РАН Петр Багрянский. - Если нам удастся разогреть плазму до 150 миллионов градусов при большом давлении, то это откроет возможность зажечь "чистый термояд" - проводить реакции слияния ядер: дейтерий - дейтерий, дейтерий - гелий 3, протон - бор 11.
Напомним, что в проекте ИТЭР планируется термоядерная реакция дейтерий - тритий, поскольку ее легче всего осуществить. Но большая часть энергии при этом выделяется в виде нейтронов, а значит, реактор становится радиоактивным. Кроме того, тритий и сам радиоактивен. Этого изотопа водорода нет в природе, для его наработки нужно применять дорогостоящие технологии. А чтобы провести в токамаке "чистую" термоядерную реакцию, его размеры и затраты вырастут на порядки по сравнению и без того с очень дорогим проектом ИТЭР. Киловатт-часы такой термоядерной электростанции будут стоить дороже золота.
Открытая ловушка имеет немало преимуществ по сравнению с замкнутой: простота конструкции, гораздо меньшие размеры, снятие ряда технических ограничений, на порядок более высокое давление плазмы.
Создание уникальной ловушки планируется в рамках федерального проекта "Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий" в 2025-2030 годах. Ее стоимость оценивается в 10,44 миллиарда рублей. Сравните это с 20 миллиардами евро, которые нужны для ИТЭР.
В отличие от замкнутых ловушек (токамаков), имеющих форму тора, открытые ловушки напоминают трубу. Такая конструкция позволяет использовать существенно более слабые, по сравнению с токамаками, магнитные поля и отказаться от дорогостоящих сверхпроводимых соленоидов. Основной тип открытой ловушки (пробкотрон) был предложен в начале 1950-х годов независимо советским ученым Гершем Будкером и американцем Ричардом Постом.