Перша плазма в найбільшому в світі термоядерному реакторі

Новий японський токамак JT-60SA тестуватиме технології, які будуть використовуватися в ІТЕР – французському реакторі, який будується

Довгий шлях до практичної енергії термоядерного синтезу пройшов віху минулого тижня, коли запрацював найновіший і найбільший у світі термоядерний реактор.

Японський JT-60SA використовує магнітні поля від надпровідних котушок, щоб утримувати надзвичайно гарячу хмару іонізованого газу або плазми у вакуумній ємності у формі бублика, сподіваючись змусити ядра водню злитись й вивільнити енергію. Чотириповерхова машина розроблена для утримання плазми, нагрітої до 200 мільйонів градусів за Цельсієм, протягом приблизно 100 секунд, набагато довше, ніж попередні великі токамаки.

Досягнення минулого тижня «доводить Світові, що машина виконує свою основну функцію», — каже Сем Девіс, керівник проекту Fusion for Energy, організації ЄС, яка співпрацює з Японськими національними інститутами квантової науки та технологій (QST) над JT-60SA та пов’язаними програмами. Пройде ще 2 роки, перш ніж JT-60SA створить довговічну плазму, необхідну для значущих фізичних експериментів, каже Хіроші Шираї, керівник проекту QST.

JT-60SA також допоможе ITER, грандіозному міжнародному реактору термоядерного синтезу, який будується у Франції і має на меті продемонструвати, як термоядерний синтез може генерувати більше енергії, ніж витрачається на її виробництво. ITER спиратиметься на технології та експлуатаційні ноу-хау, які тестуватиме JT-60SA.

Японія отримала JT-60SA та два інших невеликих дослідницьких установок з термоядерного синтезу як втішний приз за те, що погодилася відпустити ITER у Францію. Угода, викладена в угоді між Японією та ЄС 2007 року, передбачала модернізацію поважного японського реактора JT-60, дослідницької робочої конячки з середини 1980-х років. Будівля JT-60 була збережена, поки реактор перебудовувався від основи догори за нерозголошену вартість.

При висоті 15,5 метрів JT-60SA (для «наддосконалого») становить приблизно половину висоти ITER і може містити 135 кубічних метрів плазми, що становить одну шосту об’єму його європейського родича і приблизно дорівнює типовій залізничній цистерні. Його плазма повинна дозволити фізикам вивчати стабільність плазми та те, як вона впливає на вихідну потужність — уроки, які можна застосувати до ITER, каже Альберто Лоарте, керівник наукового відділу ITER.

Як і багато інших термоядерних проектів, JT-60SA зазнав значних затримок, розтягнувши терміни його виконання більш ніж на 15 років. Початковий план передбачав запуск реактора в 2016 році. Реконструювання, проблеми із закупівлями та землетрус у Тохоку в березні 2011 року спричинили затримки. Тоді під час випробувань у березні 2021 року сталося коротке замикання в кабелі, що подає електроенергію на одну з надпровідних магнітних котушок. Через недостатню ізоляцію в критичному з’єднанні електропроводки коротке замикання пошкодило електричні з’єднання та спричинило витік гелію, який погіршив би роботу систем охолодження. Інцидент стався, коли в ланцюзі був мінімальний струм. Якби струм був вищим, «пошкодження котушки могло б бути серйозним», — каже Ширай. «Нам пощастило». Щоб бути в безпеці, команда JT-60SA переробила ізоляцію в понад 100 електричних з’єднаннях, завдання, яке зайняло 2,5 роки. За словами Шираї, аварія змусила інженерів ITER запланувати більш ретельні випробування своїх котушок.

Одним з обмежень є те, що JT-60SA використовуватиме у своїх експериментах лише водень та його ізотоп дейтерій, а не тритій — третю форму водню, яка є дорогою, дефіцитною та радіоактивною. Тритій вважається найефективнішим варіантом для виробництва енергії, тому ITER планує почати використовувати дейтерієво-тритієве паливо в 2035 році.

До 2050 року Японія також сподівається побудувати DEMO, пропоновану демонстраційну електростанцію, яка стане сходинкою від досліджень JT-60SA та ITER до комерційної термоядерної енергії. Шираї каже, що йому добре відомо про конкуренцію з боку альтернативних підходів до термоядерної енергії, яка підживлюється припливом приватних грошей у цю сферу. Але з конкуренцією з’являються можливості для співпраці між тими, хто має нові ідеї.