Термоядерная электростанция в Вирджинии: шаг к бесконечной энергии

Нет, это не возвращение «Железного человека» Marvel; компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) объявила о планах построить первую в мире термоядерную электростанцию для подключения к энергосети недалеко от Ричмонда, штат Вирджиния.

После того, как было исследовано более 100 мест по всему миру, CFS выбрала для строительства участок земли площадью 100 акров (40,5 га) в округе Честерфилд в Вирджинии. Эта термоядерная электростанция под названием ARC, как предполагается, к началу 2030-х годов будет производить непрерывные 400 мегаватт чистой, практически безграничной энергии.

Если название «ARC» кажется смутно знакомым, то это потому, что новая электростанция имеет то же название, что и вымышленный реактор ARC, изобретенный Тони Старком из Marvel Comics для питания его костюма Железного человека и многого другого. Хотя мини-термоядерный реактор Старка был достаточно мал, чтобы его можно было держать в руке, реальная версия термоядерного реактора CFS будет ближе к размеру склада. Костюм супергероя в комплект не включен (пока).

Рендер ARC с вырезом, который содержит плазму с температурой 100 миллионов градусов Цельсия со сверхпроводящими магнитами.

Слияние, процесс слияния атомных ядер для высвобождения огромного количества энергии, — это та же самая реакция, которая приводит в действие такие звезды, как наше Солнце. В отличие от ядерного деления –, которое расщепляет атомы и создает опасные радиоактивные отходы, – термоядерный синтез использует изотопы водорода (например, тритий и дейтерий) и производит гелий в качестве безвредного побочного продукта. Это уже давно «святой Грааль» чистой, неограниченной энергии, который потенциально может произвести революцию в мировом энергетическом ландшафте.

В реакторе SPARC будет использоваться совершенно новая система высокотемпературных сверхпроводящих магнитов, разработанная CFS для удержания перегретой плазмы при температуре более 100 миллионов градусов по Цельсию в защитном сосуде в форме пончика, называемом токамаком.

Цель состоит в том, чтобы добиться устойчивого горения, которое будет постоянно производить электроэнергию, как обычная электростанция. В случае успеха он сможет обеспечить электроэнергией 150 000 домов без экологических недостатков ископаемого топлива.

Хотя термоядерный синтез по своей сути безопаснее деления, он не лишен риска. Нейтроны высокой энергии, выделяющиеся в процессе термоядерного синтеза, могут разрушать материалы реактора, что делает техническое обслуживание постоянной проблемой. Со временем нейтроны будут эффективно облучать реактор и окружающие материалы. Тритиевое топливо, слабо радиоактивное, требует тщательного обращения, чтобы предотвратить утечки.

Объект ARC будет занимать 25 акров участка земли площадью 100 акров в округе Честерфилд, штат Вирджиния, Commonwealth Fusion Systems

Еще одна проблема, которая была «завоевана» лишь недавно, — это сдерживание плазмы. Компания Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) провела непрерывное плазменное горение продолжительностью 48 секунд в феврале 2024 года, что является самым продолжительным на сегодняшний день. В отличие от Солнца, которое для поддержания плазмы использует интенсивное гравитационное давление, термоядерные реакторы используют магнитные поля или лазеры для стабилизации реакции. В конструкции токамака SPARC от компании CFS используются магниты. Любое нарушение процесса, такое как потеря мощности или механическая неисправность, приведет к почти мгновенному охлаждению плазмы – за миллисекунды – и, таким образом, к остановке реакции.

Мощность термоядерного синтеза представляет собой почти идеальное энергетическое решение. Он обилен, чист и устойчив. Один грамм топлива может производить столько же энергии, сколько 10 тонн угля, и теоретически может обеспечить электроэнергией один дом в США в течение 850 лет, одновременно производя гораздо более низкие уровни радиоактивных отходов, которые представляют гораздо меньший риск, чем те, которые производятся на современных АЭС.

Проект реактора ARC в Вирджинии может проложить путь к лучшему будущему. И если компания сможет выполнить свои обещания, безграничная, чистая энергия может выйти из научной фантастики в реальность.