Снимка: iStock

Euronews Next имаше възможно да надникне зад кулисите на най-голямото устройство за ядрен синтез в света, което се опитва да добие енергия от същата реакция, която захранва Слънцето и звездите.

В сърцето на Прованс някои от най-ярките научни умове на планетата подготвят сцената за това, което се нарича най-големият и най-амбициозен научен експеримент в света.

„Изграждаме може би най-сложната машина, създавана някога“, доверява Лабан Кобленц.

Предстоящата задача е да се демонстрира осъществимостта на използването на ядрен синтез – същата реакция, която захранва нашето Слънце и звезди – в промишлен мащаб.

За целта в южната част на Франция се строи най-голямата в света камера за магнитно задържане или токамак, за да генерира чиста енергия.

Споразумението за проекта за международен термоядрен експериментален реактор (ITER) беше официално подписано през 2006 г. от САЩ, ЕС, Русия, Китай, Индия и Южна Корея в Елисейския дворец в Париж.

Вече има повече от 30 държави, които си сътрудничат в усилията за изграждане на експерименталното устройство, което се очаква да тежи 23 000 тона и да издържа на температури до 150 милиона °C, когато бъде завършено.

„В известен смисъл това е като национална лаборатория, съоръжение на голям изследователски институт. Но това е сближаването на националните лаборатории, всъщност, на 35 държави“, каза Кобленц, ръководител на комуникациите на ITER, пред Euronews Next.

Как работи ядреният синтез?

Ядреният синтез е процесът, при който две леки атомни ядра се сливат, за да образуват едно по-тежко, което генерира огромно освобождаване на енергия.

В случая на Слънцето водородните атоми в сърцевината му са слети заедно от огромното количество гравитационно налягане.

Междувременно тук, на Земята, се изследват два основни метода за генериране на синтез.

„Първото може би сте чули в Националното съоръжение за запалване в САЩ“, обясни Кобленц.

„Вземате много, много мъничко парченце – с размера на зърно черен пипер – от две форми на водород: деутерий и тритий. И ги изстрелвате с лазери. И така, правите същото. Разбивате и налягането като добавите топлина и получавате експлозия от енергия, E = mc². Малко количество материя се превръща в енергия".

Проектът на ITER е фокусиран върху втория възможен маршрут: синтез с магнитно задържане.

„В този случай имаме много голяма камера, 800 m³, и поставяме много малко количество гориво – 2 до 3 грама гориво, деутерий и тритий – и го достигаме до 150 милиона градуса чрез различни системи за отопление “, каза Лаван.

„Това е температурата, при която скоростта на тези частици е толкова висока, че вместо да се отблъскват една друга с положителния си заряд, те се комбинират и сливат. И когато се сливат, те отделят алфа частица и отделят неутрон“.

В токамака заредените частици са ограничени от магнитно поле, с изключение на неутроните с висока енергия, които излизат и удрят стената на камерата, пренасят топлината си и по този начин загряват водата, течаща зад стената.

Теоретично енергията ще се използва от получената пара, задвижваща турбина.

„Това е, ако желаете, наследник на дълга поредица от изследователски устройства“, обясни Ричард Питс, ръководител на секцията на научното подразделение на ITER.

„Полето изследва физиката на токамака от около 70 години, откакто първите експерименти са проектирани и изградени в Русия през 40-те и 50-те години на миналия век“, добави той.

Според Питс ранните токамаци са били малки, настолни устройства.

„След това малко по малко те стават все по-големи и по-големи и по-големи, защото знаем – от нашата работа върху тези по-малки устройства, нашите проучвания за мащабиране от преминаване от малки към по-големи към по-големи – че за да направим нетна термоядрена мощност от тези неща, ние трябва да направим такъв голям като този", каза той.

Предимства на синтеза

Ядрените електроцентрали съществуват от 50-те години на миналия век, използвайки реакция на делене, при която атомът се разделя в реактор, освобождавайки огромно количество енергия в процеса.

Деленето има ясното предимство, че вече е утвърден изпитан метод, с над 400 реактора за ядрено делене в експлоатация днес по света.

Но докато ядрените катастрофи са били рядко явление в историята, катастрофалното разтопяване на реактор 4 в Чернобил през април 1986 г. е силно напомняне, че те никога не са напълно безрискови.

Освен това, реакторите на делене също трябва да се борят с безопасното управление на огромни количества радиоактивни отпадъци, които обикновено са заровени дълбоко под земята в геоложки хранилища.

За разлика от това ITER отбелязва, че термоядрена инсталация с подобен мащаб би генерирала енергия от много по-малко количество химически вложени вещества, само няколко грама водород.

„Ефектите върху безопасността дори не са сравними“, отбеляза Кобленц.

„Имате само 2 до 3 g материал. Нещо повече, материалът в термоядрената инсталация, деутерий и тритий, и материалът, който излиза, нерадиоактивен хелий и неутрон, всички се използват. Така че няма остатък , така да се каже, и запасите от радиоактивен материал са изключително, изключително малки“, добави той.

Неуспехи на проекта ITER

Предизвикателството с термоядрения синтез, подчертава Кобленц, е, че тези ядрени реактори остават изключително трудни за изграждане.

„Опитвате се да вземете нещо до 150 милиона градуса. Опитвате се да го направите в необходимия мащаб и така нататък. Просто е трудно да се направи“, каза той.

Разбира се, проектът ITER се бори със сложността на това гигантско начинание.

Първоначалният график за проекта ITER определя 2025 г. като дата за първата плазма, като пълното въвеждане в експлоатация на системата е отбелязано за 2035 г.

Но неуспехите на компонентите и забавянията, свързани с Ковид-19, доведоха до изместване на графика за пускане на системата в експлоатация и нарастващ бюджет, който да съответства.

Първоначалната оценка на разходите за проекта беше 5 милиарда евро, но нарасна до над 20 милиарда евро.

„И преди сме се сблъсквали с предизвикателства просто поради сложността и множеството първи по рода си материали, първи по рода си компоненти в първа по рода си машина“, обясни Кобленц.

Една значителна пречка включва несъответствие в заваръчните повърхности на сегменти от вакуумната камера, произведена в Южна Корея.

„Тези, които пристигнаха, пристигнаха с достатъчно несъответствие в ръбовете, където ги заварявате заедно, че трябва да преработим тези ръбове“, каза Кобленц.

„Това не е ракетна наука в този конкретен случай. Дори не е ядрена физика. Това е просто машинна обработка и достигане на невероятна степен на прецизност, което беше трудно“, добави той.

Кобленц казва, че проектът в момента е ангажиран в процес на повторно секвениране, с надеждата да се придържат възможно най-близо до целта си за 2035 г. за началото на операциите по синтез.

„Вместо да се фокусираме върху това какви са били нашите дати преди първата плазма, първият тест на машината през 2025 г. и след това серия от четири етапа, за да стигнем до мощността на термоядрен синтез първоначално през 2035 г., ние просто ще пропуснем първата плазма. Ще уверете се, че това тестване се извършва по друг начин, така че да можем да се придържаме възможно най-много към тази дата", каза той.

Международно сътрудничество

Що се отнася до международното сътрудничество, ITER е нещо като еднорог в това как е устоял на насрещния вятър на геополитическото напрежение между много от нациите, ангажирани в проекта.

„Тези държави очевидно не винаги са идеологически съгласувани. Ако погледнете флаговете на работния сайт от Alphabet, Китай лети до Европа, Русия лети до Съединените щати“, отбеляза Кобленц.

„За тези страни да поемат 40-годишен ангажимент да работят заедно, нямаше сигурност. Никога няма да има сигурност, че няма да има конфликти“.

Кобленц свежда относителното здраве на проекта до факта, че стартирането и функционирането на ядрения синтез е обща мечта на поколенията.

"Това е, което обединява тази сила. И това е причината, поради която оцеля при настоящите санкции, които Европа и други имат срещу Русия в настоящата ситуация с Украйна", добави той.

Промяната на климата и чистата енергия

Като се има предвид мащабът на предизвикателството, представено от изменението на климата, не е чудно, че учените се надпреварват да намерят източник на енергия без въглерод, който да захранва нашия свят.

Но обилното снабдяване с термоядрена енергия все още е далече и дори ITER признава, че техният проект представлява дългосрочен отговор на енергийните проблеми.

В отговор на идеята, че термоядреният синтез ще дойде твърде късно, за да помогне за борбата с климатичната криза по смислен начин, Кобленц твърди, че термоядрената енергия може да играе роля по-нататък в бъдещето.

„Ако наистина имаме покачване на морското равнище до такава степен, че да започнем да се нуждаем от потреблението на енергия, за да преместим градовете? Ако започнем да виждаме енергийни предизвикателства в такъв мащаб, става наистина очевиден отговорът на вашия въпрос“, каза той.

„Колкото по-дълго чакаме термоядреният синтез да пристигне, толкова повече имаме нужда от него. Така че умните пари са: доставете ги тук възможно най-бързо“.

*Материалът е с аналитичен характер и не е съвет за покупка или продажба на финансови активи на фондовите пазари.

Още по темата:

Първият в света соларен камион се тества по пътищата на Швеция