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.

«Те, що багато людей приїжджає в цю територію, — це дуже добре», — каже Шираї.

---

science.org