Съединените щати трябва да се подготвят за изграждането на прототипна термоядрена електроцентрала, казва панелът

Нов доклад на Националните академии на науките, инженерството и медицината призовава за цялостно подмладяване на американската програма за синтез, която не е изградила токамак като Националния експеримент за сферичен торус в лабораторията по физика на плазмата в Принстън от 90-те години.

Elle Starkman / PPPL съобщения (CC BY-NC)

Съединените щати трябва да се подготвят за изграждането на прототипна термоядрена електроцентрала, казва панелът

От Адриан Чодек. 13, 2018 г., 16:30 ч

Точно навремето за празниците, група от водещи учени представи план за изследвания на ядрения синтез в Съединените щати, който се чете като списък с желания. Съединените щати трябва да се придържат към противоречивия проект ITER, изключително скъп термоядрен реактор, който вече се строи близо до Кадараче във Франция, се казва в доклад, публикуван днес от Националните академии на науките, инженерството и медицината. Но дори ако САЩ се откажат от ITER, тя трябва да се подготви за изграждането на собствена електростанция за термоядрен синтез като последващи действия, се казва в доклада. За да направят всичко това, САЩ трябва да увеличат разходите за изследвания за синтез с 200 милиона долара годишно, или 35%, заключава той.

Докладът отразява волята на по-широката общност на термоядрен синтез, твърдят съпредседателите на 19-членния комитет за доклади Майкъл Мауел, физик по синтез в Колумбийския университет, и Мелвин Шошет, физик на частиците в Чикагския университет в Илинойс. "Ние слушахме много внимателно общността, особено някои от по-младите учени, които са много активни в тази област, и това, което чухме от учените, е желание да се захванем с енергия на синтез", казва Моуел. "Ние не просто изучаваме това нещо, а се опитваме да видим дали наистина работи."

При ядрен синтез леките ядра се сливат, за да образуват по-тежки ядра и да отделят енергия. Процесът захранва слънцето и в продължение на десетилетия физиците работят за превръщането на синтеза в практически източник на енергия на Земята. Основният им подход е използването на магнитни полета за ограничаване и изцеждане на йонизирани газове или плазми на деутерий и тритий в устройства с форма на понички, наречени токамаци, така че деутерият и тритийът да се слеят за създаване на хелий. ITER има за цел да бъде първият токамак, който получава „изгаряща плазма“, която произвежда повече енергия чрез синтез, отколкото се изпомпва в устройството за поддържане на плазмата, ключов момент за развитието на термоядрената енергия.

ITER обаче има проблемна история. Проектът е предложен за първи път през 1986 г. като съвместно начинание между Съветския съюз и Съединените щати, които се отказаха през 1998 г., но едва през 2003 г. По това време проектът трябваше да струва 10 милиарда долара, като САЩ покриват 9% от общия брой. Оттогава цената на ITER се балонира, така че само акцията на САЩ ще струва между 4, 7 милиарда и 6, 5 милиарда долара, а графикът се е изплъзнал; първата плазма не се очаква до 2028 г. ITER се превърна в политически футбол, като присвоителите в Сената на САЩ многократно се опитват да изтеглят САЩ от проекта, а техните колеги в Камарата на представителите се стремят да задържат САЩ в За фискалната 2019 година САЩ ще дадат 132 милиона долара за ITER, което е доста по-малко от приноса от 250 милиона долара, който би бил оптимален за проекта.

Дайте несигурност, през май 2016 г. Министерството на енергетиката (DOE) поиска от Националните академии да проучат как най-добре да промотират науките за синтеза на синтез в Съединените щати в случай, че страната остава в ITER и в случай, че се оттегли. И докладът на 252 страници, публикуван днес във Вашингтон, окръг Колумбия, дава само две препоръки: Съединените щати да останат в проекта ITER и да направят изследванията и разработките за така наречения компактен пилотен завод (CPP). CPP е по същество прототипна електроцентрала, която за разлика от ITER би могла да работи непрекъснато и да генерира електричество. Всъщност, твърди докладът, случаят с изграждането на CPP е толкова завладяващ, че САЩ трябва да продължат с тези планове, дори ако решат да се оттеглят от ITER.

Изследователите в други страни също имат планове за изграждане на прототипи за електроцентрали след ITER. Например, учените в Европа имат планове за демонстрационна електроцентрала или DEMO. Но CPP би се различавал от тези планове, като използва последния напредък във високотемпературните свръхпроводящи материали, изчислителната техника и физиката на плазмата, за да се направи термоядрен реактор, който е значително по-малък и по-евтин от сегашните проекти. Например, DEMO се очаква да бъде значително по-голям от ITER. За разлика от това, CPP ще бъде приблизително една осма от размера на ITER. За целта ще трябва да се използват магнити, направени от високотемпературен свръхпроводник, които постигат полета два пъти по-високи от полето на ITER.

Докладът представя вдъхновяваща визия за американската общност на термоядрен синтез, казва Стивън Каули, директор на лабораторията по физика на плазмата в Принстън в Ню Джърси на DOE. „Основното послание е, че американската програма за термоядрен синтез трябва да има амбиция да управлява и генерира няколко киловата мощност“, казва той. „Какъв е смисълът да имате програма за термоядрен синтез, ако нямате цел да разработите първата електроцентрала?“

Въпреки това, Каули бързо добавя, изследователите все още не знаят как да изграждат CPP и имат години на изследователска и развойна дейност пред тях. Те също ще се нуждаят от знанията, които ще получат от ITER, казва той. Мауел отбелязва, че ако Съединените щати се изтеглят от ITER, той ще трябва да изгради подобен собствен експеримент, преди да изгради CPP. Това само ще направи процеса по-дълъг и по-скъп, казва той. „Няма пряк път“ около ITER, казва той.

Очевиден въпрос е дали Конгресът е готов да увеличи финансирането за програмата на науките за термоядрена енергия на DOE, която възлиза на 564 милиона долара годишно. „Мисля, че добавянето на 200 милиона долара [годишно] в продължение на 2 десетилетия е изключително невероятен сценарий, като се имат предвид приоритетите на [DOE]“, казва Уилям Мадия, вицепрезидент в Станфордския университет в Пало Алто, Калифорния и дългогодишен наблюдател на DOE. Един демократичен служител в Камарата обаче казва, че призивът не трябва да бъде отхвърлен извън ръцете. „Не бих казал, че тези цифри са в крак с онова, което е възможно“, казва служителят, който не е упълномощен да говори в протокола.

Докладът не отговаря на конкретен план, чрез който DOE ще постигне целта на CPP. „Не виждам жизнеспособен бюджетен сценарий за това, докато общността също не се събере и не каже какво ще прави и какво няма да прави“, казва Мадия. Всъщност DOE възложи на своя консултативен комитет по наука за синтез на енергия да създаде точно такъв дългосрочен план, който предстои през декември 2020 г. В миналото обаче фузионната общност се бореше да се обедини зад подобни планове за далечни разстояния.,

Обикновено наблюдателите са съгласни, че проектът ITER сега има повече доверие, отколкото преди няколко години, намалявайки вероятността САЩ да се изтеглят. Заслугата за това е на Бернар Бигот, ядреният физик, който пое генералния директор на проблемната организация през 2015 г. „Харесва ми това, което виждам през последните няколко години, и това е заради това, което Бернар направи, - казва Мадия. Всъщност ITER се е стабилизирал достатъчно, че най-големият проблем, с който се сблъскват сега, може да бъде изоставането на приноса на САЩ в проекта, отбелязва служителят на Парламента. „Той е в много, много по-добра форма, казва служителят на Камарата, „ но това е от международната организация, която е най-големият проблем, а САЩ е най-големият проблем. “