Магнит весом 582 тонны. Китай собирается зажечь «искусственное Солнце»

Пекин сделал ещё один шаг к тому, чтобы овладеть энергией звёзд. Китайские учёные завершили создание и приёмочные испытания крупнейшего в мире сверхпроводящего магнита для термоядерного реактора.

Конструкция весом 582 тонны, длиной 21 метр и шириной 12 метров станет сердцем установки CRAFT — той самой, которую уже окрестили «искусственным Солнцем». Если всё пойдёт по плану, первые киловатты от реакции термоядерного синтеза Китай получит уже через четыре года.

«Невидимая клетка» для огненного шара

Зачем вообще понадобился такой гигантский магнит? Для того, чтобы удержать плазму, нагретую до 100 миллионов градусов Цельсия. Для сравнения: ядро Солнца разогрето «всего» до 15 миллионов. Прямой контакт с такой температурой не выдержит ни один материал, поэтому плазму нужно буквально «подвесить» в вакууме с помощью магнитного поля. Китайские учёные сравнивают это устройство с «невидимой, исключительно прочной магнитной клеткой».

Разработанный Институтом физики плазмы Китайской академии наук магнит по своим параметрам превосходит аналоги, создаваемые для международного проекта ITER, в полтора-три раза. При этом все ключевые компоненты — от сверхпроводящих проводов до специальной стали — были произведены в Поднебесной, что полностью снимает зависимость от иностранных поставок.

Помимо гигантского магнита, исследователи успешно протестировали ещё один ключевой элемент — высокотемпературную сверхпроводящую центральную соленоидную катушку. В установке она будет выполнять функцию «свечи зажигания» — запускать и поддерживать плазменный ток, необходимый для реакции. Без неё реактор просто не зажжётся.

Как выразился один из инженеров: «Магнит удерживает, а катушка зажигает. Вместе они — сердце реактора».

«Святой Грааль» энергетики

Но что это за зверь такой — термоядерный реактор? И причём тут «искусственное Солнце»?

Если совсем просто, термоядерный реактор — это устройство, которое пытается повторить на Земле процессы, происходящие внутри звёзд. В его основе лежит реакция синтеза, при которой лёгкие ядра, например, изотопы водорода — дейтерий и тритий — при нагревании до невероятных температур (более 100 миллионов градусов) сливаются в более тяжёлое ядро гелия. В процессе этого слияния выделяется колоссальная энергия, которую теоретически можно использовать.

Но всю сложность составляет удержание этой перегретой плазмы. Именно для этого и нужны мощнейшие магниты — они создают невидимую «магнитную клетку», которая не даёт раскаленному веществу прикоснуться к стенкам, удерживая его в подвешенном состоянии.

В отличие от атомных электростанций, работающих на расщеплении ядер (делении), термоядерный синтез практически безопасен и не оставляет долгоживущих радиоактивных отходов, что делает его «святым Граалем» энергетики. Не зря термояд называют энергией будущего.

График у китайского проекта чрезвычайно амбициозный. Завершение строительства экспериментального реактора в рамках программы CRAFT запланировано на 2027 год. А уже к 2030-му Пекин рассчитывает получить первые доказательства того, что его «искусственное Солнце» способно вырабатывать электроэнергию.

Успешное создание сверхпроводящих магнитов, по словам экспертов, закрывает порядка 80% самых сложных инженерных задач на пути к термоядерной энергии. Следующий этап — сборка всего реактора и его длительные испытания. Если Китай уложится в заявленные сроки, это будет крупнейший технологический прорыв XXI века.

Китай спешит, ITER отстает

Пока китайские учёные движутся к заветной цели (между прочим, идею установки в форме тора для удержания плазмы предложили советские физики Игорь Тамм и Андрей Сахаров ещё в 1950-е годы), международный проект ITER, очевидно, отстаёт в этой гонке.

Напомним, экспериментальный термоядерный реактор ITER строится на юге Франции, и он объединяет усилия 35 стран, включая Россию, США, Индию, тот же Китай и др. Сейчас его готовность оценивают примерно в 75%. Шесть лет назад там начали сборку реактора, и она ещё продолжается. В проекте, который изначально планировали запустить ещё в 2025 году, постоянно возникают задержки. Нынешние проблемы связывают, в том числе, с качеством ключевых компонентов, поставленных из Южной Кореи.

Теперь получение первой плазмы на ITER ожидается к 2034 году, а полноценные термоядерные реакции — не раньше 2039 года. При этом Россия остаётся одним из ключевых игроков этой программы, поставляя на стройплощадку во Францию сложнейшее оборудование, произведённое собственными силами.