В Японии заработал самый большой в мире ядерный реактор. Для чего он нужен и при чем здесь Россия?
1 декабря японские ученые запустили JT-60SA — термоядерное устройство стоимостью 560 млн евро, расположенное к северу от Токио. Это крупнейший в мире экспериментальный реактор ядерного синтеза. Технология находится в зачаточном состоянии, но ученые называют ее достойным ответом на новые энергетические потребности человечества. Разбираемся, что она делает и как пригодится нам в будущем.
Зачем нужен новый ядерный реактор
JT-60SA — это исследовательский центр. В нем ученые проанализируют процесс выработки энергии и попробуют предсказать, как будут работать термоядерные электростанции, которые появятся в будущем. Цель проекта — изучить возможность использования термоядерного синтеза в качестве безопасного, крупномасштабного и безуглеродного источника чистой энергии.
Устройство стало результатом сотрудничества более 500 ученых и инженеров из 70 компаний из Европы и Японии. Комиссар ЕС по энергетике Кадри Симсон заявил, что JT-60SA — самый передовой токамак в мире, назвав начало его работы важной вехой в истории.
JT-60SA не единственный в своем роде. По всему миру строятся и испытываются другие реакторы меньшего размера. Строительство атомных энергетических объектов, ставшее популярным трендом еще в середине прошлого века, — это первый шаг на пути к созданию ядерных термоядерных электростанций по всей планете. Именно они будут поставлять электричество в дома: синтез имеет потенциал стать ключевым компонентом энергетического баланса. Термоядерные электростанции смогут сократить выбросы парниковых газов от энергетического сектора, который считается одним из основных источников загрязнения во всем мире.
Но все это запланировано на вторую половину этого века. По мнению экспертов, пройдет еще два года, прежде чем JT-60SA создаст долговечную плазму, необходимую для начала значимых физических экспериментов.
Как выглядит и как работает новый ядерный реактор
JT-60SA, строительство которого началось еще в 2009 году, представляет собой шестиэтажный аппарат высотой 15 м и шириной 13 м. На данный момент JT-60SA, эксплуатируемый совместно Европой и Японией, — крупнейший термоядерный реактор в мире.
Вначале водородный газ внутри корпуса токамака JT-60SA нагревается и превращается в плазму — смесь положительно заряженных частиц (ионов) и отрицательно заряженных (электронов). Затем плазма удерживается магнитным полем и находится под давлением до тех пор, пока частицы не начнут сталкиваться, сливаясь воедино в гелий. При этом выделяется примерно в миллион раз больше энергии, чем при химической реакции, и в три-четыре раза больше, чем при работе обычного ядерного реактора. Подобный процесс естественным образом происходит в центре звезд, и реактор — единственная возможность его повторить в земных условиях.
Термоядерный синтез отличается от деления (метод, который в настоящее время используется на атомных электростанциях) тем, что в первом случае происходит слияние двух атомных ядер, а не расщепление одного. В отличие от деления, термоядерный синтез не несет в себе риска катастрофических аварий, подобных той, что произошла на японской АЭС «Фукусима» в 2011 году, и производит гораздо меньше радиоактивных отходов, чем обычные электростанции.
JT-60SA как предтеча ИТЭР
Проект JT-60SA получил высокую оценку за дух сотрудничества, эффективное управление и образцовое исполнение. Именно JT-60SA станет испытательным полигоном перед завершением строительства Международного экспериментального реактора (ИТЭР).
Проект ИТЭР зародился в середине 1980-х годов. В 1992-м ЕС, Россия, США и Япония подписали межправительственное соглашение о его разработке. Строительство планировалось закончить в 2016 году. Однако в результате технических трудностей и неопределенностей сроки не раз сдвигались. Сейчас в ИТЭР участвуют 35 стран: весь Евросоюз, Швейцария, Великобритания, Индия, Япония, Россия, Китай и США. Объект строится на юге Франции. Ожидается, что первая термоядерная плазма в нем будет получена в 2025 году. Наша страна (в особенности НИЦ «Курчатовский институт» и «Росатом») играет весомую роль в разработке сверхпроводящих магнитов и устройств нагрева плазмы.
Реактор все еще строится. Планируется, что ИТЭР значительно превзойдет JT-60SA. Во-первых, его высота (более 70 м) превысит Спасскую башню. Во-вторых, ученые планируют получить объем плазмы в 40 м³. Таким образом, температура внутри реактора будет достигать 150 млн градусов Цельсия. Для обеспечения необходимого объема плазмы магнитное поле в токамаке будет усилено до 200 тыс. раз в сравнении с земным. Сверхпроводящие магниты будут охлаждаться до −269°C.
В конечном итоге реактор станет одновременно самым горячим и самым холодным местом на Земле. Но этот проект только предстоит реализовать. Для начала ученые займутся JT-60SA и проверят на нем все, что хотят воплотить в ИТЭР.
