Понятие ядерного синтеза на протяжении десятилетий привлекало внимание учёных, инженеров и экологов, обещая решить одну из самых серьёзных проблем современности — дефицит чистой и возобновляемой энергии. Именно ядерный синтез является фундаментальным процессом, который питает Солнце и другие звёзды, где лёгкие атомы водорода сливаются, образуя более тяжёлые, в ходе чего выделяется колоссальное количество энергии. Воплощение этой звёздной технологии на Земле — одна из самых масштабных задач современной науки и техники. Главным шагом на пути к её реализации может стать 60-футовый сверхпроводящий магнит, центральный элемент уникального проекта ITER, разрабатываемого международным консорциумом учёных и инженеров. Проект ITER — это международный экспериментальный термоядерный реактор, разрабатываемый с целью продемонстрировать управляемый ядерный синтез, который произведёт больше энергии, чем будет затрачено на запуск реакции.
ITER находится во Франции и собран усилиями более 30 стран, став символом глобального научного сотрудничества. Сердцем этого реактора выступает огромный центральный соленоид — магнит длиной 60 футов (примерно 18 метров), который недавно получил последний комплект своих компонентов из Национальной лаборатории Оак-Ридж в США. Задачей центрального соленоида является выработка сверхмощного магнитного поля, необходимого для удержания и контроля сверхгорячей плазмы — смеси ионизированных изотопов водорода (дейтерия и трития) — в реакторе токамак. Плазма разогревается до температур порядка 150 миллионов градусов Цельсия, что втрое превышает температуру в центре Солнца. Ни один материал не способен контактировать с такой субстанцией напрямую, поэтому магнитное поле выступает невидимым контейнером, удерживающим плазму в состоянии подвешенного равновесия, предотвращая её соприкосновение с внутренними стенками реактора.
Это условие является фундаментальным для поддержания устойчивого и контролируемого ядерного синтеза. Сверхпроводящий магнит — это устройство, сделанное из материалов, которые при сверхнизких температурах теряют электрическое сопротивление. Это позволяет создавать очень сильные магнитные поля без значительных потерь энергии. Центральный соленоид на ITER обеспечивает магнитное поле, в 280 тысяч раз превышающее природное магнитное поле Земли. Для изготовления и сборки этого магнита были применены новейшие инженерные решения, поскольку каждый отдельный магнитный модуль весит более 120 тонн, а точность их установки должна быть измерена долями миллиметра.
Магнитное поле создаётся двумя компонентами: тороидальным, исходящим от магнитных катушек вокруг реактора, и полоидальным — создаваемым непосредственно центральным соленоидом. Эти два поля вместе создают стабильную структуру, которая удерживает и направляет движение плазмы. По словам Кевина Фройденберга, технического директора США ITER, вертикальные силы, воздействующие на магнитный модуль, могут превышать в два раза силу реактивного двигателя ракеты при взлёте, что требует исключительно прочного и устойчевого проектирования всей конструкции. Вклад в создание такого гигантского электротехнического устройства не ограничивается лишь разработкой и сборкой магнита. Это сложный комплекс работ по обеспечению его сверхпроводимости, охлаждению, виброизоляции и силовой поддержке, поскольку все компоненты должны выдерживать экстремальные условия работы.
ITER стоит на передовой экспериментальной инженерной мысли, объединяя достижения материаловедения, теории плазмы, электромеханики и систем автоматизации. Почему же применение ядерного синтеза так привлекательно в энергетике? Во-первых, он обещает стать источником практически неисчерпаемой энергии без выбросов парниковых газов, что критично в борьбе с климатическими изменениями. Используемое топливо — дейтерий и тритий — есть практически в неограниченных количествах, дейтерий можно извлечь из воды, а тритий — продуцируется в реакторе. Во-вторых, ядерный синтез исключает проблему долгоживущих ядерных отходов, свойственную традиционным ядерным реакторам на основе деления. И наконец, энергия, выделяемая в результате синтеза, намного превышает объём энергии, необходимый для начала реакции.
Проект ITER не является коммерческим предприятием, но выступает ключевым техническим доказательством, которое позволит перейти к созданию коммерческих термоядерных электростанций в будущем. За последние годы сроки достижения полноценных показателей несколько сдвинулись из-за сложности реализации, и теперь полное формирование плазмы планируется к 2034 году, начало реакции синтеза — к 2035, а рабочий режим станции — к 2039 году. Несмотря на задержки, результаты будут иметь огромное значение для энергетики всего мира. По оценкам Международного агентства по атомной энергии, ядерный синтез способен вырабатывать в четыре раза больше энергии на килограмм топлива по сравнению с делением и в миллионы раз больше, чем сжигание угля или нефти. Это открывает путь к отказу от углеводородных источников энергии, значительно снижая нагрузку на окружающую среду и создавая условия для устойчивого развития цивилизации.
Кроме того, потенциальное использование ядерного синтеза вызывает интерес в оборонной и аэрокосмической сферах как к источнику высокопроизводительной энергии для различных технологических применений. Таким образом, 60-футовый сверхпроводящий магнит — не просто инженерный гигант, а символ революционного подхода к энергетике, позволяющего граничить с процессами внутри звёзд. Его разработка и внедрение — это одна из международных инженерных задач, результат которой может вписать новую страницу в историю человечества, обеспечив переход от ограниченных и загрязняющих видов энергоресурсов к чистой и практически неисчерпаемой энергии термоядерного синтеза. ITER и его уникальный центральный соленоид — маяк надежды и технологического прогресса, который за десятилетия способен изменить энергетический ландшафт нашей планеты и подарить людям будущее, основанное на возобновляемых революционных технологиях.
