Ядреното начинание в Обединеното кралство има за цел да реализира мечтата за термоядрения синтез
Предприятието в Обединеното кралство за изграждането на първата в света термоядрена електроцентрала ще заеме централно място тази седмица, тъй като неговият предшественик, подкрепян от ЕС, приключи дейността си след 40 рекордни години.
Новият проект за сферичен токамак за производство на енергия (STEP), който ще бъде изграден в Нотингамшир, има за цел да използва пионерска технология за реактори в опит най-накрая да докаже обещанието на термоядрения синтез като безопасен и потенциално неизчерпаем източник на нисковъглеродна енергия.
STEP наследява проекта Joint European Torus (JET) извън Оксфорд, който проведе последния си експеримент през декември и ще обяви окончателните „крайъгълни резултати“ в четвъртък.
Преходът идва във време, когато изменението на климата и геополитическият конфликт насърчиха вълна от публични и частни инвестиции в областта на изследванията на термоядрения синтез.
„Глобалният интерес към термоядрения синтез . . . премина през изключителна трансформация през последните няколко години“, каза Тим Бестуик, заместник-изпълнителен директор на Службата за атомна енергия на Обединеното кралство (UKAEA), която управлява британската програма за термоядрен синтез.
„Нещото, което се промени най-много, е широко разпространеното осъзнаване, че се нуждаем от нещо с атрибутите на термоядрената енергия, което да ни измъкне от предизвикателствата, които имаме както по отношение на сигурността, така и на нисковъглеродната енергия“, каза той.
Голямото обещание на Fusion е, че чрез пресъздаване на реакцията, която генерира слънчевата топлина, електроцентралите ще могат да произвеждат изобилна енергия навсякъде по света.
Процесът включва нагряване на плазма от два водородни изотопа – обикновено деутерий и тритий – до екстремни температури, така че те да се слеят, произвеждайки хелий и неутрони.
Реакцията не създава дълготрайни радиоактивни отпадъци, изотопите могат да бъдат получени в големи количества, а малка чаша от горивото има потенциала да захранва къща в продължение на стотици години.
Въпреки това, след четири десетилетия експерименти, технологията все още е на години от това да докаже, че може да генерира търговски жизнеспособна енергия.
Обединеното кралство е в челните редици на изследванията на термоядрения синтез до голяма степен, защото от решението за изграждане на JET — сътрудничество между държави-членки на ЕС, Швейцария, Обединеното кралство и Украйна — точно извън Оксфорд в началото на 80-те години.
Открит е от кралица Елизабет II през 1984 г., създава първия деутерий -тритиева плазма през 1991 г. и постави световен рекорд за производство на енергия през 1997 г. JET постави друга забележителност през 2021 г., произвеждайки достатъчно енергия в петсекундна реакция, за да заври около 60 чайника, въпреки че това все още беше много по-малко енергия от изразходваната от експеримента.
Мелани Уиндридж, главен изпълнителен директор на консултантската група Fusion Energy Insights, каза, че JET „работи и прави авангардна физика от десетилетия и десетилетия по-дълго, отколкото някога е било предвидено“.
Съгласно текущия график на правителството, машината STEP няма да започне да работи до началото на 2040 г. Но екологичната и политическата неотложност биха могли да доведат до това.
„Ще разгледаме много внимателно възможността да ускорим напредъка“, каза Дейвид Ган, учредителен председател на UK Industrial Fusion Solutions, правителственият орган, отговорен за доставката на централата.
Докато JET беше експериментална машина, основната цел на STEP е да произвежда електричество за мрежата по начин, който има търговски смисъл. Той ще бъде построен на мястото на изведена от експлоатация електроцентрала на въглища.
Изкуственият интелект, особено машинното обучение, е настроен да играе ключова роля в STEP, позволявайки на учените да тестват цифрови версии на технологията, преди да се ангажират с дизайн, каза Ган.
STEP , подобно на JET, ще бъде вид термоядрена машина, известна като токамак. Но докато JET и приблизително 50-те други работещи токамака в света са с форма на поничка, STEP ще бъде сферичен като „ябълка с тънка сърцевина“, каза Ган.
Чрез приближаване на прегрятата плазма до стената на машината, сферичните токамаци на теория могат да бъдат по-компактни и да използват по-малки, по-евтини магнити. Това може да ги направи по-лесни за комерсиализация, въпреки че ще изискват огромни инженерни подвизи.
Токамаците нагряват плазмата до температури 10 пъти по-високи от центъра на Слънцето и използват течен хелий при температура, близка до абсолютната нула — минус 273C — като охладител за техните свръхпроводящи магнити.
„В рамките на два метра едно от друго вие имате най-горещото място в слънчевата система и някои от най-ниските температури на земята“, каза Джо Милнс, бивш ръководител на операциите на JET и сега изпълнителен директор за инженеринг и компютри в UKAEA. „Как се прави машина, която може да се справи с това предизвикателство? Трябва да действаш и да го направиш.”
Едно от предимствата на термоядрения синтез е, че за разлика от ядреното делене, той не създава радиоактивно отработено гориво, което трябва да се съхранява в сигурни силози в продължение на хиляди години.
Тритият е леко радиоактивен, но когато Financial Times посети съоръжението в Оксфордшър, беше възможно да се премине отвъд гигантските бетонни щитови врати и в огромния хангар на токамака, въпреки че последната реакция беше извършена по-малко от пет седмици преди това.
Последната задача на JET ще бъде да разглоби токамака, което е първият опит за пълно извеждане от експлоатация. Това трябва да доведе до ценни нови прозрения, не на последно място за роботизираните техники, които ще бъдат използвани в процеса.
Някои ръководители на термоядрената индустрия поставиха под съмнение решението на Обединеното кралство да се съсредоточи върху един единствен проект за термоядрен синтез. Правителството на САЩ, за разлика от тях, подкрепя няколко стартиращи компании, използващи различни подходи.
Windridge от Fusion Energy Insights отхвърли тези опасения. „Можем да говорим десетилетия за това кой вариант може да е най-добрият, но в крайна сметка трябва да изградите неща, трябва да опитате нещата и да видите какво работи“, каза тя.
STEP сега ще поеме голямо предизвикателство да превърнем дългогодишната мечта за термоядрена енергия в реалност, въпреки множеството забранителни пречки.
„Това е мисия“, каза Бестуик от UKAEA. „И смятаме, че мисията си заслужава.“
