Китай випробував найбільший у світі термоядерний магніт: що означає рекордний «штучний Сонце»

Подію часто називають черговим кроком китайської програми «штучного Сонця». Йдеться не про створення справжнього Сонця, а про спробу відтворити на Землі умови, за яких легкі атомні ядра зливаються й вивільняють енергію.

Магніт-рекордсмен: головні характеристики

Тороїдальна котушка має D-подібну форму й створює магнітне поле, яке утримує надгарячу плазму всередині камери токамака, не даючи їй торкатися стінок реактора.

Її основні параметри:

• Маса: 582 метричні тонни
• Розміри: 21 метр завдовжки, 12 метрів завширшки та 3,3 метра заввишки
• Струм під час випробувань: стабільні 60 кілоамперів
• Запасена енергія: 6,03 мегаджоуля на котушку
• Напруженість магнітного поля: близько 6,5 тесла — приблизно у 2–4 рази більше, ніж у лікарняного МРТ
• Розрахунковий ресурс: близько 40 000 плазмових імпульсів

Магніт має утримувати плазму, нагріту до понад 100 мільйонів °C. Це приблизно у шість разів вище за температуру в ядрі Сонця .

Згодом 16 таких D-подібних котушок зберуть разом, щоб сформувати тороїдальне магнітне поле реактора BEST .

Чим китайська система відрізняється від ITER

Міжнародний термоядерний експериментальний реактор ITER — це спільний міжнародний проєкт, створений для дослідження плазми й технологій майбутньої термоядерної енергетики. За двома ключовими параметрами китайська TF-котушка перевершує її аналог:

• її об’єм у 1,3 раза більший за об’єм тороїдальних магнітів ITER ;
• вона здатна накопичувати приблизно втричі більше енергії .

Водночас це не означає, що BEST більший за ITER як установка. ITER залишається значно масштабнішим реактором: його великий радіус становить приблизно 6,2 метра проти 3,6 метра у BEST .

BEST задуманий як проміжна ланка між китайським токамаком EAST і набагато масштабнішим China Fusion Engineering Test Reactor — CFETR, або китайським експериментальним інженерним термоядерним реактором. Після введення в експлуатацію BEST має стати найбільшим діючим токамаком на дейтерій-тритієвому паливі до запуску ITER .

Центральний соленоїд — «запалювач» токамака

Паралельно з тороїдальним магнітом фінальні випробування пройшла модель центрального соленоїда (CS), розроблена в межах програми CRAFT .

Центральний соленоїд індукує та підтримує струм у плазмі. Саме тому його часто описують як «запалювач» токамака: без нього реактор не зможе належно запустити й підтримувати плазмовий розряд .

Дослідники Інституту фізики плазми наголошували, що характеристики центрального соленоїда безпосередньо визначають, чи зможе термоядерна установка запуститися та продовжувати роботу .

Шість років розроблення власних технологій

Обидві магнітні системи створювали в межах CRAFT — Комплексної дослідницької установки для термоядерних технологій у Хефеї. Це національний науково-технологічний комплекс, призначений для розроблення та випробування великогабаритних компонентів майбутніх реакторів .

Ключові деталі програми:

• розроблення тривало приблизно шість років ;
• у магнітах використали надпровідні матеріали, конструкції та виробничі процеси китайського виробництва;
• за заявами розробників, усі ключові технології проєкту були повністю локалізовані ;
• CRAFT створили саме для того, щоб перевіряти повнорозмірні компоненти до їхньої установки в BEST .

Це важливо не лише як рекорд розмірів. Для термоядерної енергетики надпровідні магніти є однією з найскладніших технологій: вони мають створювати потужне поле, працювати в екстремальних умовах і надійно витримувати багаторазові плазмові імпульси.

Коли Китай планує отримати електроенергію з синтезу

Китай заявив про доволі стислий графік розвитку програми:

• Будівництво BEST: розпочалося 30 червня 2023 року, завершення заплановане до кінця 2027-го .
• Перша плазма: очікується наприкінці 2027 року .
• Перша електроенергія з термоядерного синтезу: демонстрацію планують провести приблизно у 2030 році. У публічних описах цю мету часто називають «першою лампою», яку живитиме термоядерна енергія .
• Наступний етап: більший CFETR, за наявними планами, може запрацювати близько 2030 року, тоді як підключення комерційних термоядерних електростанцій до мережі очікується вже в наступні десятиліття .

За оцінкою The Economist, такий графік може поставити Китай приблизно на десятиліття попереду інших країн у перегонах за термоядерною енергетикою . Водночас випробування магніта — це важливий інженерний рубіж, але ще не доказ промислового виробництва електроенергії. Найскладніші етапи — запуск BEST, стабільне утримання плазми, отримання позитивного енергетичного балансу та перетворення тепла на електрику — ще попереду.