Подходът на Обединеното кралство за производство на енергия от термоядрен синтез се оформи с обявяването на програмата STEP (Сферичен токамак за производство на енергия) през 2019 г. Нейната първа фаза (2019-2024) приключи с пускането на концептуален дизайн за интегрирана прототипна електроцентрала за термоядрен синтез. Той ще се основава на използването на магнитно поле за ограничаване на плазмата с помощта на машина за токамак, но STEP от Обединеното кралство ще използва сферичен токамак вместо традиционния токамак с форма на поничка, използван в ITER. Смята се, че сферичният токамак има няколко предимства. Заводът ще бъде построен в Нотингамшир и се очаква да заработи в началото на 2040 г.
Нуждата от надежден източник на чиста енергия, който да отговори на нарастващото енергийно търсене на нарастващото население и световната икономика, което би могло бързо да помогне за справяне с предизвикателствата (предизвикани от изчерпаемите изкопаеми горива, въглеродните емисии и изменението на климата, рисковете за околната среда, свързани с ядрените реактори на делене, и бедните мащабируемостта на възобновяемите източници) никога не се е усещала толкова интензивно, отколкото в момента.
В природата ядреният синтез захранва звезди, включително нашето слънце, което се случва в ядрото на звездите, където преобладават условията на синтез (т.е. изключително висока температура в диапазона от стотици милиони градуси по Целзий и налягане). Способността за създаване на условия за контролиран термоядрен синтез на земята е ключът към неограничената чиста енергия. Това включва изграждане на термоядрена среда с много висока температура за провокиране на високоенергийни сблъсъци, която има достатъчна плътност на плазмата, за да увеличи вероятността от сблъсъци и която може да ограничи плазмата за достатъчно време, за да позволи термоядрения синтез. Очевидно инфраструктурата и технологията за ограничаване и контрол на прегрятата плазма са ключовото изискване за търговска експлоатация на енергията от термоядрения синтез. Различни подходи се проучват и прилагат по целия свят за ограничаване на плазмата за комерсиална реализация на енергията от термоядрения синтез.
Инерционен термоядрен синтез (ICF)
При подхода на инерционния синтез, условията на синтез се създават чрез бързо компресиране и нагряване на малко количество термоядрено гориво. Националното съоръжение за запалване (NIF) в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) използва лазерно задвижвана техника на имплозия, за да имплодира капсули, пълни с деутериево-тритиево гориво, използвайки високоенергийни лазерни лъчи. NIF постигна първо термоядрено запалване през декември 2022 г. Впоследствие термоядреното запалване беше демонстрирано на три пъти през 2023 г., което потвърди доказателство за концепцията, че контролираният ядрен синтез може да се използва за задоволяване на енергийните нужди.
Подход за магнитно ограничаване на плазмата
Използването на магнити за ограничаване и контрол на плазмата за синтез се опитва на много места. IITER, най-амбициозното сътрудничество за термоядрена енергия на 35 нации, базирано в Сейнт Пол-лез-Дюранс в Южна Франция, използва пръстеновиден торус (или магнитно устройство с формата на поничка), наречено токамак, което е проектирано да ограничава термоядреното гориво за дълги периоди при достатъчно високи температури за да се осъществи термоядрено запалване. Водеща концепция за ограничаване на плазмата за термоядрени електроцентрали, токамаците могат да поддържат реакцията на синтез, докато има стабилност на плазмата. Токамакът на ITER ще бъде най-големият в света.
Програмата STEP (сферичен токамак за производство на енергия) на Обединеното кралство:
Подобно на ITER, термоядрената програма STEP на Обединеното кралство се основава на магнитно задържане на плазма с помощта на токамак. Въпреки това, токамакът на програмата STEP ще има сферична форма (вместо формата на поничка на ITER). Сферичният токамак е компактен, рентабилен и може да бъде по-лесен за мащабиране.
Програмата STEP беше обявена през 2019 г. Първата й фаза (2019-2024 г.) приключи с пускането на концептуален дизайн за интегрирана прототипна електроцентрала за синтез.
Тематичен брой на Philosophical Transactions A of Royal Society, озаглавен „Предоставяне на термоядрена енергия – Сферичният токамак за производство на енергия (STEP)”, включващ 15 рецензирани статии, беше публикуван на 26 август 2024 г., който описва техническия напредък на програмата за проектиране и изграждане на първия прототип на централа в Обединеното кралство за производство на електричество от термоядрен синтез. Документите улавят пълна моментна снимка на необходимите технологии за проектиране и очертание и тяхното интегриране в прототип на завод до началото на 2040 г.
Програмата STEP има за цел да проправи пътя за търговската жизнеспособност на термоядрения синтез чрез демонстриране на нетна енергия, самодостатъчност на горивото и жизнеспособен път за поддръжка на инсталациите. Той използва холистичен подход за предоставяне на напълно работещ прототип на завод, който също така разглежда извеждането от експлоатация като част от дизайна.
***
Литература:
- Правителство на Обединеното кралство. Съобщение за пресата – Обединеното кралство е водещо в света в дизайна на електроцентрали за синтез. Публикувано на 03 септември 2024 г. Достъпно на https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- „Доставяне на термоядрена енергия – Сферичният токамак за производство на енергия (STEP). Тематичното издание на Royal Society на Philosophical Transactions A,. Всичките 15 рецензирани статии в тематичния брой, публикуван на 26 август 2024 г. Достъпни на https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Изследователи от Обединеното кралство разкриват бегъл поглед към проекти за нова термоядрена електроцентрала. Наука. 4 септември 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Свързани статии
- Кафяви джуджета (BDs): Телескопът James Webb идентифицира най-малкия обект, образуван по подобен на звезда начин (5 януари 2024)
- „Запалване чрез термоядрен синтез“ демонстрирано за четвърти път в лабораторията „Лорънс“. (20 декември 2023)
- Fusion Ignition става реалност; Енергийна безотказност, постигната в лабораторията Лорънс (15 декември 2022)
***
