Pradedami Europos komercinės branduolių sintezės jėgainės projektavimo darbai

Branduolinės sąlajos inžinieriai pradeda projektuoti Europos elektrinę, kuri, kaip tikimasi, imituos Saulės veikimą ir užtikrins švarų, beveik neribotą energijos šaltinį Žemėje.

Liepos 5 d. prasidėjo penkerius metus truksiantis „koncepcinio projektavimo“ etapas, kurio metu bus priimami svarbiausi technologiniai sprendimai, susiję su „DEMOnstration Power Station“ („DEMO“) elektrine – Europos konsorciumo „EuroFusion“ remiamu projektu, kuriuo siekiama, kad branduolių sąlajos energija iš koncepcijos taptų komercine realybe. Grupė planuoja, kad 300–500 megavatų reaktorius iki 2054 m. jau gamins mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią energiją.

Branduolių sąlajos srityje atlikta daug eksperimentinių darbų – daugiausia su įrenginiais, vadinamais tokamakais. Juose galingais magnetais sulaikoma ir valdoma karšta medžiaga (arba plazma). Plazma paprastai gaminama iš dviejų vandenilio izotopų: deuterio ir tričio.

Didelė mokslinių tyrimų dalis yra skirta tokamakų sienų medžiagoms ir magnetams tobulinti – bei geriau sumodeliuoti, kaip vyks eksperimentai su plazma, siekiant galutinio tikslo: iš branduolių sintezės reakcijos gauti daugiau energijos, nei į ją patenka.

Šis svarbus etapas – „grynasis pelnas“ – dar nepasiektas, nors pažanga jau padaryta: praėjusiais metais pasiektas naujas pasaulinis energijos rekordas. Dar didesnė pažanga gali būti pasiekta, kai bus įjungtas 18 mlrd. eurų vertės eksperimentinis mokslinių tyrimų tokamakas pietų Prancūzijoje, vadinamas „ITER“. Jis turėtų būti baigtas 2025 m., o visą galią turėtų pasiekti 2035 m.

„DEMO“ elektrinė turės kontroliuoti ir palaikyti plazmą daug ilgiau nei iki šiol vykdytuose eksperimentuose. Be to, „DEMO“ turės surinkti reakcijos metu susidariusią šilumą ir paversti ją elektra – ir visa tai turės veikti 24 valandas per parą. „Tai sunku. Bet būtent todėl turime pradėti – būtent tai ir yra esmė“, – sako „EuroFusion“ generalinės asamblėjos – konsorciumo, kurį finansuoja ES valstybės narės ir Šveicarija – pirmininkas Ambrogio Fasoli.

Esama problemų, kurias reikia įveikti – pavyzdžiui, gaminant tritį. Šio izotopo atsargos yra ribotos ir brangios, nes jis greitai suyra. Mokslinių tyrimų projektuose iki šiol buvo naudojami gramai šios medžiagos, tačiau elektrinei reikės kilogramų. Dėl to reikės nuspręsti, kaip sukurti daugiau tričio, leidžiant neutronams išeiti iš plazmos ir sąveikauti su ličiu, esančiu tokamako sienelėse.

Taip pat reikia pasirinkti, kokios formos tokamaką statyti – pailgos formos, kuriame plazma būtų kameroje, panašioje į riestainį, ar sferinį, kuriame plazma būtų kompaktiškiau. Taip pat reikia nuspręsti, kokias medžiagas naudoti tokamako sienelėms, kurios bus veikiamos didžiulio neutronų srauto, atsirandančio dėl branduolių sintezės reakcijos. „Dozė [neutronų], kurią sugers struktūra, bus daug, daug didesnė nei mums kada nors teko susidurti. Ji iš tiesų yra keliomis eilėmis didesnė“, – teigia A.Fasoli.

Pasak jo, „DEMO“ darbai negali laukti, kol bus užbaigtas „ITER“, bet turi vykti lygiagrečiai. „[Priešingu atveju] susidarys didelis dešimtmečių atotrūkis, ir tada branduolių sintezė niekam nebebus įdomi“, – teigia A.Fasolis. Vis dėlto jis sako, kad „DEMO“ turi pasimokyti iš „ITER“.

Kur bus statoma jėgainė, dar neaišku. Juanas Matthewsas iš Mančesterio universiteto (Jungtinė Karalystė) mano, kad tai nutiks Vokietijoje – nes ji neturi branduolių sintezės įrenginio, o Prancūzija ir Jungtinė Karalystė jau yra laimėjusios konkursus dėl ankstesnių įrenginių įrengimo.

Tačiau kad ir kaip atrodytų „DEMO“ koncepcinis projektas, kai jis bus baigtas 2027 m., elektrinė greičiausiai nebus pirmoji pasaulyje branduolių sintezės jėgainė. Kelios privačios pradedančiosios branduolių sintezės įmonės teigė, kad tokią jėgainę turės dar šio amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžioje, o Jungtinės Karalystės vyriausybė teigė, kad jos „STEP“ branduolių sąjala jėgainė pradės veikti iki penktojo dešimtmečio. Kinija yra sakiusi, kad branduolių sintezės elektrinę baigs statyti 2035 m.

Parengta pagal „New Scientist“.