Ядерный синтез: почему международный экспериментальный реактор сталкивается с серьёзными проблемами ⚛️

Международный термоядерный экспериментальный реактор (Iter) задумывался как проект мечты: создать искусственное солнце на Земле и открыть источник дешёвой, экологичной энергии. В 2010 году 35 стран, включая государства Европы, Китай, Россию и США, объединились для строительства реактора в Сен-Поль-ле-Дюранс на юге Франции с начальным бюджетом \$6 млрд. Планировалось, что первые энергообразующие реакции произойдут уже к 2020 году.

Однако реальность оказалась суровой. Сбои в проекте, пандемия, коррозия ключевых деталей, переработки конструкций и проверки со стороны ядерных регуляторов привели к задержкам. Сейчас проект сдвинут на десятилетие: реактор запустит энергообразующие реакции лишь в 2039 году, а бюджет, который уже вырос до \$20 млрд, увеличится ещё на \$5 млрд. Некоторые оценки говорят, что окончательная стоимость может превысить эти цифры, делая Iter «самым задержанным и дорогостоящим научным проектом в истории», предупреждает Scientific American.

Журнал Science утверждает, что Iter находится «в серьёзных трудностях», а Nature отмечает, что проект «страдает от череды задержек, перерасхода средств и проблем с управлением». Частные компании уже заявляют о возможности построить термоядерные реакторы быстрее, чем Iter. Среди них Tokamak Energy (Оксфорд) и Commonwealth Fusion Systems (США).

Как работает реактор? 🔬

Ядерный синтез заключается в слиянии двух лёгких ядер в одно более тяжёлое, с выделением огромного количества энергии. Для этого нужна экстремально высокая температура. В реакторе типа токамак магнитные поля удерживают плазму из ядер водорода, которую облучают частицами и микроволнами. При миллионах градусов Цельсия дейтерий и тритий сливаются, образуя гелий, нейтроны и избыток энергии.

Контролировать плазму при таких температурах крайне сложно. Первоначально планировалось использовать бериллий для облицовки токамака, но из-за токсичности материал заменили вольфрамом. Позднее выяснилось, что крупные части реактора из Кореи не стыкуются должным образом, а угрозы утечки радиоактивных материалов привели к остановке строительства. Пандемия COVID-19 ещё больше осложнила ситуацию, сократив рабочую силу и вызвав задержки поставок.

Конкуренция и перспективы 🌍

Тем временем другие подходы к термоядерному синтезу показывают успехи. В 2022 году Национальный центр зажигания США (California) использовал лазеры для нагрева дейтерия и трития, добившись синтеза с выделением энергии — одной из целей Iter. Растёт число частных компаний, обещающих более быстрые и дешёвые решения, хотя эксперты предупреждают о завышенных ожиданиях.

Несмотря на трудности, Iter продолжает исследовать важные вопросы, например, производство трития на месте с использованием нейтронов, что само по себе является значимым экспериментом. Проект отвергает утверждения о «серьёзных проблемах» и сравнивает свои трудности с другими крупными международными проектами, такими как Международная космическая станция или британская железная дорога HS2.

Итог

Ядерный синтез обещает низкоуглеродную энергию и может сыграть ключевую роль в будущем борьбе с изменением климата. Однако эксперты предупреждают, что его массовое внедрение случится слишком поздно, чтобы существенно сократить выбросы углерода в ближайшие десятилетия. Только если реакторы синтеза будут производить значительное количество электроэнергии во второй половине века, они смогут реально повлиять на уровень выбросов.

Iter остаётся одной из самых амбициозных научных инициатив человечества, но путь к светлому термоядерному будущему пока полон препятствий. ⚡