Підхід Великобританії до виробництва енергії термоядерного синтезу сформувався з оголошенням програми STEP (сферичний токамак для виробництва енергії) у 2019 році. Її перший етап (2019-2024) підійшов до кінця з випуском концептуального дизайну інтегрованого прототипу електростанції термоядерного синтезу. Він базуватиметься на використанні магнітного поля для утримання плазми за допомогою машини токамак, однак британський STEP використовуватиме сферичний токамак замість традиційного токамака у формі бублика, який використовується на ITER. Вважається, що сферичний токамак має кілька переваг. Завод буде побудовано в графстві Ноттінгемшир і очікується, що він запрацює на початку 2040-х років.
Потреба в надійному джерелі чистої енергії для задоволення зростаючого попиту на енергію зростаючого населення та світової економіки, яке могло б швидко допомогти впоратися з викликами (викликаними викопним паливом, викидами вуглецю та зміною клімату, екологічними ризиками, пов’язаними з ядерними реакторами поділу, і бідними масштабованість відновлюваних джерел) ніколи не відчувалася так інтенсивно, як зараз.
У природі ядерний синтез живить зірки, включаючи наше Сонце, що відбувається в ядрі зірок, де переважають умови синтезу (тобто надзвичайно висока температура в діапазоні сотень мільйонів градусів за Цельсієм і тиск). Здатність створювати контрольовані умови термоядерного синтезу на землі є ключем до необмеженої чистої енергії. Це передбачає створення термоядерного середовища з дуже високою температурою, щоб спровокувати високоенергетичні зіткнення, яке має достатню щільність плазми, щоб збільшити ймовірність зіткнень, і яке може утримувати плазму протягом достатнього часу, щоб уможливити термоядерний синтез. Очевидно, що інфраструктура та технологія для обмеження та контролю перегрітої плазми є ключовою вимогою для комерційного використання енергії термоядерного синтезу. У всьому світі досліджуються та застосовуються різні підходи до утримання плазми для комерційної реалізації енергії термоядерного синтезу.
Термоядерний термоядерний синтез (ICF)
У підході до інерційного синтезу умови термоядерного синтезу створюються шляхом швидкого стиснення та нагрівання невеликої кількості термоядерного палива. National Ignition Facility (NIF) Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL) використовує лазерну імплозійну техніку для вибуху капсул, наповнених дейтерієво-тритієвим паливом, за допомогою лазерних променів високої енергії. NIF вперше досягла термоядерного запалювання в грудні 2022 року. Згодом термоядерне запалювання було продемонстровано тричі у 2023 році, що підтвердило доказ концепції того, що керований ядерний синтез можна використовувати для задоволення енергетичних потреб.
Підхід до магнітного утримання плазми
У багатьох місцях намагаються використовувати магніти для обмеження та контролю плазми для термоядерного синтезу. IITER, найамбітніша співпраця в галузі термоядерної енергетики 35 країн, яка базується в Сен-Поль-лез-Дюранс на півдні Франції, використовує кільцевий тор (або магнітний пристрій із бубликом), який називається токамак, який призначений для тривалого утримання палива термоядерного синтезу при досить високих температурах для відбудеться термоядерне запалювання. Провідна концепція утримання плазми для термоядерних електростанцій, токамаки можуть підтримувати реакцію термоядерного синтезу до тих пір, поки є стабільність плазми. Токамак ITER стане найбільшим у світі.
Програма термоядерного синтезу STEP (Сферичний токамак для виробництва енергії) Великобританії:
Як і ITER, термоядерна програма STEP Великої Британії базується на магнітному утриманні плазми за допомогою токамаку. Однак токамак програми STEP матиме форму кулі (замість форми бублика ITER). Сферичний токамак компактний, економічно вигідний і може бути легшим у масштабуванні.
Програму STEP було оголошено в 2019 році. Її перший етап (2019-2024) завершився випуском концептуального дизайну інтегрованого прототипу силової установки для термоядерного синтезу.
Тематичний випуск Philosophical Transactions A of Royal Society під назвою «Постачання термоядерної енергії – сферичний токамак для виробництва енергії (STEP)15 серпня 26 року було опубліковано 2024 рецензованих статей, у яких детально описується технічний прогрес програми проектування та будівництва першого у Великобританії прототипу електростанції для виробництва електроенергії з термоядерного синтезу. У документах міститься повний знімок проектування та необхідних технологій, а також їх інтеграція в прототип заводу до початку 2040-х років.
Програма STEP має на меті прокласти шлях до комерційної життєздатності термоядерного синтезу шляхом демонстрації чистої енергії, самодостатності палива та життєздатного шляху до обслуговування заводу. Він застосовує цілісний підхід до створення повністю робочого прототипу заводу, який також розглядає виведення з експлуатації як частину проекту.
***
Список використаної літератури:
- Уряд Великобританії. Прес-реліз – Велика Британія лідирує у світі з розробки термоядерних електростанцій. Опубліковано 03 вересня 2024 р. Доступно за адресою https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- «Доставка енергії термоядерного синтезу – Сферичний токамак для виробництва енергії (STEP). Тематичне видання Королівського товариства Philosophical Transactions A,. Усі 15 рецензованих статей у тематичному випуску, опублікованому 26 серпня 2024 р. Доступно за адресою https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Британські дослідники розкривають уявлення про проекти нової термоядерної електростанції. Наука. 4 вересня 2024 р. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Статті по темі
- Коричневі карлики (BD): Телескоп Джеймса Вебба ідентифікує найменший об’єкт, утворений схожим на зірку (5 січень 2024)
- «Запалювання термоядерного синтезу» продемонстровано вчетверте в лабораторії Лоуренса (20 грудня 2023)
- Fusion Ignition стає реальністю; Енергетична беззбитковість досягнута в лабораторії Лоуренса (15 грудня 2022)
***
