Праграма тэрмаядзернай энергіі Вялікабрытаніі: прадстаўлена канцэпцыя прататыпа электрастанцыі STEP 

Падыход Вялікабрытаніі да вытворчасці энергіі тэрмаядзернага сінтэзу сфармаваўся з аб'явай аб праграме STEP (сферычны токамак для вытворчасці энергіі) у 2019 годзе. Яе першы этап (2019-2024 гады) завяршыўся з выпускам канцэпцыі дызайну інтэграванага прататыпа электрастанцыі тэрмаядзернага сінтэзу. Ён будзе заснаваны на выкарыстанні магнітнага поля для ўтрымання плазмы з дапамогай машыны-такамака, аднак брытанскі STEP будзе выкарыстоўваць сферычны токамак замест традыцыйнага токамака ў форме пончыка, які выкарыстоўваецца на ITER. Лічыцца, што сферычны токамак мае некалькі пераваг. Завод будзе пабудаваны ў Нотынгемшыры і, як чакаецца, запрацуе ў пачатку 2040-х гадоў.  

Патрэба ў надзейнай крыніцы чыстай энергіі для задавальнення растучага попыту на энергію расце насельніцтва і сусветнай эканомікі, якая магла б хутка дапамагчы ў вырашэнні праблем (выкліканых вычарпальнымі відамі выкапнёвага паліва, выкідамі вугляроду і змяненнем клімату, экалагічнымі рызыкамі, звязанымі з ядзернымі рэактарамі дзялення, і беднасцю маштабаванасць аднаўляльных крыніц) ніколі не адчувалася так моцна, як у цяперашні час.  

У прыродзе ядзерны сінтэз забяспечвае харчаванне зорак, у тым ліку нашага Сонца, што адбываецца ў ядры зорак, дзе пераважаюць умовы ядзернага сінтэзу (напрыклад, надзвычай высокая тэмпература ў дыяпазоне сотняў мільёнаў градусаў Цэльсія і ціск). Здольнасць ствараць кантраляваныя ўмовы тэрмаядзернага сінтэзу на зямлі з'яўляецца ключом да неабмежаванай чыстай энергіі. Гэта прадугледжвае стварэнне тэрмаядзернага асяроддзя з вельмі высокай тэмпературай для правакацыі сутыкненняў з высокай энергіяй, якое мае дастатковую шчыльнасць плазмы для павелічэння верагоднасці сутыкненняў і якое можа абмежаваць плазму на працягу дастатковага часу, каб уключыць тэрмаядзерны сінтэз. Відавочна, што інфраструктура і тэхналогіі для абмежавання і кантролю перагрэтай плазмы з'яўляюцца ключавым патрабаваннем для камерцыйнай эксплуатацыі энергіі тэрмаядзернага сінтэзу. Ва ўсім свеце даследуюцца і прымяняюцца розныя падыходы да ўтрымання плазмы ў мэтах камерцыйнай рэалізацыі тэрмаядзернай энергіі.   

Тэрмаядзерны ядзерны сінтэз у інерцыяльным канфайнменце (ICF) 

У інерцыйным тэрмаядзерным падыходзе ўмовы тэрмаядзернага сінтэзу ствараюцца шляхам хуткага сціску і нагрэву невялікай колькасці тэрмаядзернага паліва. National Ignition Facility (NIF) Лівермарскай нацыянальнай лабараторыі імя Лоўрэнса (LLNL) выкарыстоўвае лазерную тэхніку імплозіі для выбуху капсул, напоўненых дэйтэрыева-трыціевым палівам, з дапамогай лазерных прамянёў высокай энергіі. NIF упершыню дасягнуў тэрмаядзернага запальвання ў снежні 2022 года. Пасля тэрмаядзернае запальванне было прадэманстравана тройчы ў 2023 годзе, што пацвердзіла канцэпцыю таго, што кіраваны ядзерны сінтэз можа быць выкарыстаны для задавальнення энергетычных патрэб.  

Падыход магнітнага ўтрымання плазмы  

Выкарыстанне магнітаў для абмежавання і кантролю плазмы для сінтэзу спрабуюць у многіх месцах. IITER, самая амбіцыйная калабарацыя па тэрмаядзернай энергетыцы 35 краін, якая базуецца ў Сен-Поль-ле-Дзюрансе на поўдні Францыі, выкарыстоўвае кальцавой тор (або магнітную прыладу з пончыкам), званы токамак, які прызначаны для абмежавання тэрмаядзернага паліва на працягу доўгага часу пры дастаткова высокіх тэмпературах для адбудзецца тэрмаядзернае запальванне. Такамакі, вядучая канцэпцыя ўтрымання плазмы для тэрмаядзерных электрастанцый, могуць падтрымліваць тэрмаядзерную рэакцыю, пакуль існуе стабільнасць плазмы. Такамак ITER стане самым вялікім у свеце.   

Тэрмаядзерная праграма STEP (сферычны токамак для вытворчасці энергіі) Вялікабрытаніі: 

Як і ITER, тэрмаядзерная праграма STEP Вялікабрытаніі заснавана на магнітным утрыманні плазмы з дапамогай такамака. Аднак токамак праграмы STEP будзе мець форму шара (замест формы пончыка ITER). Сферычны токамак кампактны, эканамічна эфектыўны і можа быць прасцей у маштабаванні.  

Праграма STEP была абвешчана ў 2019 годзе. Яе першы этап (2019-2024 гады) завяршыўся выпускам канцэптуальнага дызайну інтэграванага прататыпа электрастанцыі для тэрмаядзернага сінтэзу.  

Тэматычны выпуск Philosophical Transactions A of Royal Society пад назвай «Дастаўка тэрмаядзернай энергіі - сферычны токамак для вытворчасці энергіі (STEP)», які змяшчае 15 рэцэнзаваных дакументаў, быў апублікаваны 26 жніўня 2024 г., у якіх падрабязна апісваецца тэхнічны прагрэс праграмы па распрацоўцы і будаўніцтве першага ў Вялікабрытаніі прататыпа завода па вытворчасці электраэнергіі з тэрмаядзернага сінтэзу. Дакументы фіксуюць поўны здымак дызайну і неабходных тэхналогій, а таксама іх інтэграцыю ў прататып завода да пачатку 2040-х гадоў.  

Праграма STEP накіравана на тое, каб пракласці шлях да камерцыйнай жыццяздольнасці тэрмаядзернага сінтэзу, прадэманстраваўшы чыстую энергію, паліўную самадастатковасць і жыццяздольны шлях да абслугоўвання станцый. Ён выкарыстоўвае цэласны падыход да пастаўкі цалкам працаздольнага прататыпа завода, які таксама разглядае вывад з эксплуатацыі як частку праектавання. 

*** 

Спасылкі:  

1. Урад Вялікабрытаніі. Прэс-рэліз – Вялікабрытанія лідзіруе ў свеце па распрацоўцы электрастанцый з ядзерным ядром. Апублікавана 03 верасня 2024 г. Даступна па адрасе https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. «Дастаўка тэрмаядзернай энергіі – сферычны токамак для вытворчасці энергіі (STEP). Тэматычнае выданне Каралеўскага таварыства Philosophical Transactions A,. Усе 15 рэцэнзаваных артыкулаў у тэматычным выпуску, апублікаваным 26 жніўня 2024 г. Даступна па адрасе https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Брытанскія даследчыкі раскрылі ўяўленне пра праекты новай электрастанцыі тэрмаядзернага сінтэзу. Навука. 4 верасня 2024 г. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Артыкулы па тэме  

• Карычневыя карлікі (BD): тэлескоп Джэймса Уэба ідэнтыфікаваў найменшы аб'ект, утвораны ў выглядзе зоркі (5 студзеня 2024) 

• У лабараторыі Лоўрэнса чацвёрты раз прадэманстравалі «запальванне тэрмаядзернага сінтэзу». (20 сьнежня 2023) 

• Fusion Ignition становіцца рэальнасцю; Лабараторыя Лоўрэнса дасягнула энергетычнай бясстратнасці  (15 сьнежня 2022)  

***