Інженери та вчені всього світу працюють над створенням величезної міні-зірки, всередині якої буде відбуватися така ж реакція, як на Сонце. В майбутньому подібний метод буде використовуватися для виробництва електроенергії. Новий проект отримав назву ITER (ІТЕР), здійснюється в дослідницькому центрі Кадараш (Cadarache), розташованому в Екс-ан-Провансі на півдні Франції.
Створювана установка буде важити в три рази більше Ейфелевої вежі і займатиме площу, рівну 60 футбольним полям. Усередині будівлі, що зводиться розміщуватиметься атомний реактор, який, як сподіваються вчені, буде виробляти електроенергію в результаті ядерного синтезу. Він буде здатний виробляти чисту безпечну енергію, що дозволить скоротити залежність від викопних видів палива.
Перший токамак був побудований в СРСР в Інституті атомної енергії ім І.В. Курчатова в 1956 р
Усередині майбутнього реактора в зменшеному і контрольованому вигляді відбуватиметься та ж реакція, що і на Сонце, тобто ядерний синтез. Він є результатом зіткнення між собою двох атомних ядер, що викликає виділення енергії у вигляді фотонів. Вчені сподіваються приборкати цю енергію і знову використовувати її, замінивши тим самим брудні і обмежені форми енергії, які ми використовуємо сьогодні.
Після відкриття ділення ядер атомів був відкритий зворотний процес: ядерний синтез - коли легкі ядра з'єднуються в більш важкі.
Процеси ядерного синтезу йдуть на Сонце - чотири ізотопи водню (водень-1) з'єднуються в гелій-4 із звільненням колосальної кількості енергії.
На Землі в реакції синтезу використовуються ізотопи водню: дейтерій (водень-2) і тритій (водень-3):
31H + 21H → 42He + 10n
Ядерний синтез, як і поділ ядер, не став винятком. Перше практичне застосування ця реакція отримала у водневій бомбі, наслідки вибуху якої були описані раніше.
Якщо вчені вже навчилися управляти ланцюговою реакцією поділу ядер, то управління вивільняється енергією ядерного синтезу поки що ще нездійсненна мрія.
Практичне застосування розщеплення ядерної енергії на АЕС має істотний недолік - це утилізація відпрацьованих ядерних відходів. Вони радіоактивні, - надають небезпеку живим організмам, а їх період напіврозпаду досить великий - кілька тисяч років (в період цього часу радіоактивні відходи будуть становити небезпеку).
Ядерний синтез не має шкідливих відходів - це одне з головних переваг його використання. Рішення проблеми управлінням ядерним синтезом дозволить отримати невичерпне джерело енергії.
В результаті практичного вирішення цієї проблеми була створена установка Токамак.
Слово "Токамак" - за різними версіями це або скорочення слів тороідальн, камери, магнітні котушки, або Пристосоване до легкого вимови скорочення від тороідальн Камера з Магнітним Полем, які описують основні елементи цієї магнітної пастки, винайденої А.Д. Сахаровим в 1950 р Схема токамака показана на малюнку:
Перший токамак був побудований вУкаіни в Інституті атомної енергії ім І.В. Курчатова в 1956 р
Для успішної роботи установки токамак треба вирішити три завдання
Завдання 1. Температура. Процес ядерного синтезу вимагає надзвичайно високої енергії активації. Ізотопи водню необхідно нагріти до температури приблизно 40 млн.К - це температура, що перевищує температуру Сонця!
При такій температурі електрони "випаровуються" - залишається тільки позитивно заряджена плазма - ядра атомів, розігріті до високої температури.
Вчені намагаються розігрівати речовина до такої температури за допомогою магнітного поля і лазера, але, поки безуспішно.
Завдання 2. Час. Щоб почалася реакція ядерного синтезу, заряджені ядра повинні знаходитися на досить близькій відстані один від одного при Т = 40 млн.К досить тривалий час - близько однієї секунди.
Завдання 3. Плазма. Ви винайшли абсолютний розчинник? Чудово! Але, дозвольте запитати - а де ви його будете зберігати?
Під час ядерного синтезу речовина знаходиться в стані плазми при дуже високій температурі. Але в таких умовах будь-яка речовина буде перебувати в газоподібному стані. Так як же "зберігати" плазму?
Оскільки у плазми є заряд, то для її утримання можна використовувати магнітне поле. Але, на жаль, поки створити надійну "магнітну колбу" вченим так і не вдалося.
За найоптимістичнішими прогнозами вченим знадобиться 30-50 років, щоб створити працюючий джерело екологічно чистого джерела енергії - "надгробний камінь" для нафтових і газових магнатів. Втім, не факт, що на той час людство не витратить свої запаси нафти і газу.
Всього в світі було побудовано близько 300 токамаков. Нижче перераховані найбільші з них.
Казахстан
Казахстанський матеріалознавчий Токамак (КМТ) - це експериментальна термоядерна установка для досліджень і випробувань матеріалів в режимах енергетичних навантажень, близьких до ITER і майбутніх енергетичних термоядерних реакторів. Місце будівництва КТМ - місто Курчатов.
Європа і Великобританія
Joint European Torus - найбільший в світі діючий токамак, створений організацією Євратом у Великобританії. У ньому використаний комбінований нагрівання: 20 Мвт - нейтральна інжекція, 32 МВт - іонно-циклотронний резонанс. У підсумку, критерій Лоусона лише в 4-5 разів нижче рівня запалювання.
Tore Supra - токамак з надпровідними котушками (при 1.8 K), один з найбільших в світі. Знаходиться в дослідницькому центрі Кадараш (Франція).
Японія
JT-60 - найбільший японський токамак, що працює в Японському інституті досліджень атомної енергії (англ.) З 1985 року.
Triam - з надпровідними магнітами