Впервые в мире российские ученые смогли удержать высокотемпературную плазму в ловушке открытого типа. Это может в корне изменить идеологию термоядерного реактора, сделать его во много раз дешевле, по сравнению с безумно дорогими токамаками.
Как известно, сегодня главные надежды на получение неиссякаемого источника энергии - термоядерной электростанции, ученые связывают с токамаками (тор с магнитными катушками). Однако критики постоянно говорят о сложности этих устройств, а главное - об их гигантской стоимости. Например, международный проект экспериментального термоядерного реактора на основе токамака смогла потянуть сборная команда чуть ли не всего мира. На него сбросились Евросоюз, Индия, Китай, Корея, Россия, США и Япония. Если сначала стоимость проекта ITER оценивалась в 5 миллиардов евро, то сейчас она выросла вдвое, а некоторые эксперты оценивают ее уже в 15 миллиардов евро. Судя по опыту Большого адронного коллайдера, стоимость проекта ITER значительно превысит первоначально заявленную.
А теперь сравните: создание в Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН установки для получения термояда с открытой ловушкой обошлось бы сегодня в "мизерную" сумму - 300 миллионов долларов. А недавний рекорд, когда плазма была разогрета до более 4,5 миллионов градусов по Цельсию, поставлен вообще за "копейки". Ведь практически все "железо" изготовлено еще во времена СССР.
- Открытая ловушка имеет немало преимуществ, по сравнению с замкнутой ловушкой (токамаком): простота конструкции, снятие ряда технических ограничений, достижение на порядок более высокого давления плазмы, - говорит замдиректора ИЯФ Александр Бурдаков. - Но есть проблема: плазма фактически упирается прямо в стенки ловушки. Это серьезный минус. Ведь чтобы "зажечь" термояд, надо разогреть плазму до нескольких миллионов градусов. Понятно, что никакой материал такой температуры не выдержит. В токамаке проблема решена: плазма с помощью мощного магнитного поля удерживается в торе, не касаясь его стен. Поэтому этой конструкции отдано предпочтение в борьбе за термоядерную энергию.
Словом, около 20 лет назад на открытых ловушках был поставлен крест. Тогда казалось, окончательно. И вот сейчас новосибирские ученые смогли сделать практически невозможное: вернуть открытые ловушки из научного небытия. Причем не просто дать им вторую жизнь, а сделать на них ставку при создании термоядерных установок. Как же удалось совершить такой прорыв?
- Мы смогли устранить главный недостаток открытой ловушки, с помощью нескольких ноу-хау свести к минимуму контакт плазмы со стенкой, - говорит Александр Бурдаков. - Кроме того, к ловушке добавили гиротрон - мощный источник микроволнового СВЧ-излучения. Его сконструировали специалисты Института прикладной физики РАН из Нижнего Новгорода. С его помощью удалось резко повысить температуру плазмы, доведя ее до необходимых для получения термоядерной реакции параметров. Теперь при температуре в несколько миллионов градусов она удерживается несколько десятков миллисекунд.
Но физики намерены пойти дальше. Они хотят в самое ближайшее время установить второй гиротрон, который увеличит температуру плазмы еще в полтора раза. И тогда новосибирская ловушка сможет превысить энергетические показатели токамака ITER, который планируется построить к 2020 году во Франции.
Что же дальше? Неужели еще недавно незаменимому токамаку придется потесниться, а может быть, уйти в небытие? А сердцем термоядерных электростанций будущего станут открытые ловушки? Замдиректора ИЯФ Александр Иванов считает, что точного ответа пока нет. "Какой двигатель внутреннего сгорания лучше - бензиновый или дизельный? - спрашивает он. - На самом деле нужны оба. Так и с термоядерным синтезом: вести работы нужно в разных направлениях, а будущее покажет, чья установка лучше".
Но у разработки новосибирских физиков есть еще одно очень перспективное применение. Ее можно использовать в качестве "драйвера" для работы термоядерно-атомного реактора. При этом можно убить сразу двух зайцев - утилизировать радиоактивные отходов АЭС и вырабатывать энергию. Такая система может работать, используя отходы АЭС - плутоний и минорные актиниды - "дожигать" их до изотопов, которые имеют короткое время жизни. По расчетам ученых система с двумя подкритичными реакторами с ядерной мощностью свыше 500 МВт каждый, обеспечит годовую потребность по утилизации отходов от пяти стандартных энергоблоков АЭС.
В отличие от замкнутых ловушек (токамаков), имеющих форму тора, открытые ловушки напоминают трубу. Они открыты с торцов. Такая конструкция позволяет использовать существенно более слабые, по сравнению с токамаками, магнитные поля и отказаться от дорогостоящих сверхпроводимых соленоидов. Основной тип открытой ловушки был предложен в начале 1950-х годов независимо известным советским ученым Гершем Будкером и американцем Робертом Постом.