Мечта о термоядерном синтезе умерла? Почему ITER в «большой беде»?

Перевод статьи The Guardian «Is the dream of nuclear fusion dead? Why the international experimental reactor is in ‘big trouble’»

Проект ИТЭР (ITER), в котором участвуют 35 стран, преследует новаторскую цель — создание чистой и безграничной энергии, но сейчас он превращается в «самый отложенный и дорогостоящий научный проект в истории».

Это был проект, который обещал солнце. Исследователи использовали самые передовые технологии в мире, чтобы разработать машину, которая могла бы генерировать атомный синтез, процесс, который происходит в звездах, и таким образом создать источник дешевой, не загрязняющей окружающую среду энергии.

Это было изначально целью Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР), который договорились построить на юге Франции в Сен-Поль-ле-Дюранс 35 стран (включая европейские государства, Китай, Россию и США) по начальной стоимости в 6 млрд долларов. Работа началась в 2010 году. Планировалось, что к 2020 году будут получены реакции, производящие энергию.

Затем наступила реальность. Перерасход средств, Covid, коррозия ключевых деталей, переделывания в последнюю минуту и ​​конфронтации с должностными лицами по ядерной безопасности спровоцировали задержки, которые означают, что ИТЭР не будет готов еще в течение десятилетия, как только что было объявлено. Хуже того, энергетические термоядерные реакции не будут генерироваться до 2039 года, в то время как бюджет ИТЭР, который уже взлетел до 20 млрд долларов, увеличится еще на 5 млрд долларов.

Другие оценки предполагают, что окончательная цена может значительно превысить эту цифру и сделать ИТЭР «самым отложенным и самым дорогим научным проектом в истории», предупредил журнал Scientific American. Журнал Science просто заявил, что ИТЭР сейчас находится в «большой беде», в то время как Nature отметил, что проект «страдает от череды задержек, перерасходов и проблем с управлением».

Десятки частных компаний теперь грозятся создать термоядерные реакторы в более короткие сроки, предупреждают ученые. Среди них Tokamak Energy в Оксфорде и Commonwealth Fusion Systems в США.

«Проблема в том, что ИТЭР уже так долго реализуется и так много раз задерживался, что остальной мир уже отошел от этого, — сказал эксперт по термоядерному синтезу Робби Скотт из Совета по научным и технологическим объектам Великобритании. — С момента планирования ИТЭР появилось множество новых технологий. Это создало для проекта реальные проблемы».

Знак вопроса повис над одним из самых амбициозных технологических проектов в мире, который преследует глобальную цель: обуздать процесс, который движет звездами. Ядра двух легких атомов должны объединиться, чтобы сформировать одно более тяжелое ядро, что сопровождается выделением огромного количества энергии — это ядерный синтез, и он происходит только при колоссально высоких температурах.

Для создания такой температуры реактор в форме пончика, называемый токамаком, будет использовать магнитные поля для удержания плазмы ядер водорода, которые затем будут бомбардироваться пучками частиц и микроволнами. Когда температура достигнет миллионов градусов по Цельсию, смесь двух изотопов водорода — дейтерия и трития — будет сливаться, образуя гелий, нейтроны и большое количество избыточной энергии.

Удерживать плазму при таких высоких температурах исключительно сложно. «Изначально планировалось футеровывать реактор токамака защитным бериллием, но это оказалось очень сложно. Он токсичен, и в конечном итоге было решено заменить его вольфрамом, — сказал Дэвид Армстронг, профессор материаловедения и инженерии Оксфордского университета. – Это решение было очень поздно принято и повлекло серьезное изменение конструкции».

Затем было обнаружено, что огромные секции токамака, изготовленные в Корее, не подходят друг к другу должным образом, а угрозы возможных утечек радиоактивных материалов заставили французские ядерные регуляторы остановить строительство завода. По мере накопления проблем было объявлено о новых задержках в строительстве.

Затем наступил Covid. «Пандемия привела к закрытию заводов, поставляющих комплектующие, сокращению рабочей силы и вызвала другие последствия, такие как задержки в отгрузке и проблемы с проведением проверок контроля качества», — признал генеральный директор ИТЭР Пьетро Барабаски.

Поэтому Iter снова отложил свое завершение – до следующего десятилетия. В то же время исследователи, использующие другие подходы к термоядерному синтезу, совершили прорыв. В 2022 году Национальный центр зажигания США (US National Ignition Facility) в Калифорнии заявил, что использовал лазеры для перегрева дейтерия и трития и сплавил их для создания гелия и избыточной энергии – цель ИТЭР.

Другие проекты термоядерного синтеза утверждают, что они тоже вскоре могут совершить прорыв.

«За последние 10 лет наблюдается огромный рост частных компаний термоядерного синтеза, обещающих добиться цели иначе — быстрее и дешевле — чем ИТЭР. Хотя, справедливости ради, некоторые из них, скорее всего, переоценивают свои возможности», — сказал Брайан Аппельбе, научный сотрудник по физике в Имперском колледже Лондона.

Пока неизвестно, переживет ли проект ИТЭР эти кризисы и продолжат ли его спонсоры финансировать его, хотя большинство ученых, с которыми связался Observer, утверждают, что проекту еще предстоит проделать многообещающую работу.

Примером может служить исследование способов получения трития, редкого изотопа водорода, необходимого для термоядерных реакторов. Это можно сделать на месте термоядерного реактора, используя нейтроны, которые он генерирует, для бомбардировки образцов лития, процесс, который производит гелий — и тритий. «Это сам по себе стоящий эксперимент», — сказал Аппельбе.

Со своей стороны, ИТЭР отрицает, что у него «большие проблемы», и отвергает идею о том, что это рекордный научный проект по перерасходу средств и задержкам. Просто посмотрите на Международную космическую станцию ​​или, если на то пошло, на железнодорожную линию HS2 в Великобритании, сказал представитель проекта.

Другие указывают на то, что ограниченные выбросы углерода при термоядерной энергетике ускорили бы борьбу с изменением климата.

 «Однако термоядерная энергетика появится слишком поздно, чтобы помочь нам сократить выбросы углерода в краткосрочной перспективе, — сказала Аника Хан, научный сотрудник по ядерному синтезу в Университете Манчестера. — Только если термоядерные электростанции будут производить значительные объемы электроэнергии позже в этом столетии, они помогут снизить наши выбросы углерода — и это станет решающим в борьбе с изменением климата».

_____________________________________________________

✒️Подписывайтесь на наш Telegram-канал и смотрите видео
на канале в YouTube

📩Прислать статью [email protected]

📩У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
📩Журнал «Гранит Науки» в Тeletype
✒️Читайте нас на Яндекс Дзен