Заступник директора Інституту ядерної фізики розповів НСН, як нагрівання плазми допоможе побудувати альтернативний термоядерний реактор.
Вчені Інституту ядерної фізики (ІЯФ) домоглися стійкого нагріву плазми до 10 млн градусів Цельсія, повідомив НСН заступник директора ІЯФ з наукової роботи Олександр Іванов. Вчений розповів, які перспективи відкриває дана розробка і чому вона в принципі виключає появу радіоактивних відходів.
- ІЯФ почав розглядати варіанти створення термоядерної системи на основі відкритої пастки. Що це означає?
- Якщо мова йде про нагріванні плазми в 10 млн градусів, потрібно пам'ятати, що ця температура вище, ніж в центрі Сонця. Природно, таку гарячу плазму можна утримувати в якомусь посудині з матеріальними стінками - навіть якщо вони будуть дуже товстими, вони все одно згорять. Щоб цього уникнути, тобто утримати гарячу плазму, є щонайменше два способи.
Перший - коли плазма поміщається в сильне тороїдальні магнітне поле, яке змінює траєкторію частинок плазми, після чого вони починають рухатися по гуртках, намотують на силові лінії магнітного поля. При цьому поперек магнітного поля плазма не рухається, не створюючи ніякого теплового потоку. На цьому принципі засновані установки токамак, які мають вигляд «бублика» з магнітним полем всередині, запропоновані у нас в країні для магнітного утримання плазми для проведення керованого термоядерного синтезу. У гонці ідей, як створити Сонце на Землі, зараз лідирують саме ці установки.
Існує й інша система. Спрощено кажучи, це довга відкрита пастка труба з поздовжнім магнітним полем, де плазма утримується від контакту зі стінкою, але відносно вільно розтікається уздовж і потрапляє на торцеві стінки. У цих пастках ми навчилися робити так, що втрати тепла вздовж магнітного поля дуже сильно зменшуються в порівнянні з вільним розльоту плазми.
- Як далеко ми знаходимося до створення термоядерного реактора?
- Є реактори, принцип дії яких побудований на токамаках, є - на відкритих пастках, а існують і, наприклад, імпульсні системи, коли лазером підпалюють крапельку тритій-дейтерієвого палива, і вона згоряє за мільйонні частки секунди, даючи енергію.
Що стосується токамаков, через 10 років у Франції буде запущено великий реактор ІТЕР - гігантське спорудження великої складності, де буде продемонстровано термоядерний горіння плазми. При цьому температура там приблизно в 10 разів більше, ніж на даний момент ми можемо отримати зараз на відкритих пастках.
Але, тим не менше, при температурі в 10 млн градусів можна зробити дуже корисні речі - зокрема, дуже потужне джерело нейтронів, який потрібен, наприклад, для випробування матеріалів майбутнього термоядерного реактора. (Тобто стінки токамаков в ході випробувань будуть піддаватися дуже потужному потоку нейтронів, і вчені, таким чином, зможуть повністю змоделювати ситуацію.) Також нейтронні джерела можуть використовуватися в якості драйверів для підкритичних реакторів ділення - вони вставляються всередину системи ядерного реактора, що працює з коефіцієнтом посилення менше одиниці. Це сильно підвищує безпеку роботи підкритичній системи, що в принципі виключає можливість аварій на кшталт чорнобильської.
- Яким же проривом «загрожує» ваше досягнення?
- Зараз ми українські фахівці-ядерники досягли такого рівня, при якому можна починати проектування прототипів таких потужних джерел нейтронів. Якщо ж дивитися з прицілом на більш далеку перспективу, я не бачу обмежень, щоб не збільшити температуру нагрівання плазми не до 10 млн, а. скажімо, до 300 млн градусів.
Виходячи з цього посилу, ми в ІЯФ розглядаємо можливості для створення наступних покоління пасток, параметри яких будуть істотно збільшені. І будемо серйозно думати над створенням альтернативного ІТЕР реактора. Якщо це все вийде, наш термоядерний реактор на основі відкритої пастки можливо буде навіть комерційно набагато більш привабливим, ніж такий на основі токамаков, і створюється у Франції споруда не може змагатися з ним по технічній простоті.
- Зараз ми досягли такого рівня, при якому можна починати проектування прототипів таких потужних джерел нейтронів. Якщо ж дивитися з прицілом на більш далеку перспективу, я не бачу обмежень, щоб не збільшити температуру нагрівання плазми не до 10 млн, а, скажімо, до 300 млн градусів.
Виходячи з цього посилу, ми в ІЯФ розглядаємо можливості для створення наступних покоління пасток, параметри яких будуть істотно збільшені. І будемо серйозно думати над створенням альтернативного реактора. Якщо все вийде, термоядерний реактор на основі відкритої пастки, можливо, буде навіть комерційно більш привабливим, ніж такий на основі токамаков.
- Реактори на основі відкритої пастки ... в чому ще вони краще токамаков?
- Ми сподіваємося, що поява реакторів на основі відкритої пастки, над якими ми зараз працюємо, при певному розвитку будуть можливим. Вони мають певні переваги в порівнянні з токамака. Не в останню чергу я маю на увазі можливість роботи на термоядерному пальному, яке або зовсім не дає нейтронів. або дає їх зовсім мало, що ні загрожує проблемою тривалого зберігання та захоронення радіоактивних відходів.