В гонке за создание первого в мире самоподдерживающегося термоядерного реактора участвуют как крупные международные коллаборации, вроде проекта ИТЭР во Франции, так и многочисленные частные стартапы. Пока одни строят планы на десятилетия вперёд, компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) стремится доказать, что способна реализовать технологию коммерческого термоядерного синтеза быстрее конкурентов.
Недавно специалисты CFS, вышедшей из стен Массачусетского технологического института, опубликовали в журнале Journal of Plasma Physics серию из пяти рецензируемых статей. В этих документах, каждый из которых насчитывает около 40 страниц с подробными расчетами, моделями и инженерными решениями, представлено детальное физическое обоснование проекта термоядерной электростанции ARC.
Путь к ARC через SPARC
Реактор ARC станет логическим развитием экспериментального токамака SPARC, который в настоящее время строится как компактная установка с мощными магнитами на высокотемпературных сверхпроводниках. На текущий момент система SPARC готова на 70%. В планах компании — приступить к строительству ARC сразу после запуска SPARC, чтобы сделать термоядерную энергетику объективной реальностью к 2035 году.
Принципы работы реактора ARC
Платформа ARC использует реакцию синтеза дейтерия и трития. В процессе образуются ядра гелия и нейтроны, сопровождающиеся высвобождением энергии. Гелий частично поддерживает температуру плазмы, но в дальнейшем должен удаляться из реактора как «зола».
Для нагрева теплоносителя будет использоваться бланкет из расплавленной соли, окружающий камеру. Соль содержит литий, который под воздействием нейтронов трансформируется в тритий, необходимый для дозаправки реактора. Проектная мощность ARC составляет около 1,13 ГВт, из которых 500 МВт преобразуются в электричество. С учетом собственных нужд станции, полезная мощность составит около 400 МВт.
Цикл работы реактора рассчитан на 15-минутные интервалы термоядерных реакций, сменяющиеся минутными паузами для очистки и перезапуска. Благодаря высокой тепловой инерции расплава солей, подача электроэнергии в сеть через паротурбинную установку будет оставаться стабильной.
Технические вызовы и обслуживание
Одной из критических задач остается удержание плазмы. Для защиты внутренних стенок камеры выбран вольфрам, а для удаления продуктов распада и избыточного тепла предусмотрена система дивертора. Кроме того, конструкция ARC предполагает замену вакуумной камеры каждые 1–2 года. Для этого рабочая камера будет выполнена из двух разделяемых частей, что является сложной инженерной задачей.
Разработчики признают, что часть вопросов будет решена только в ходе испытаний прототипа SPARC. Однако, в отличие от него, проект ARC станет первой полноценной электростанцией, где предстоит отработать технологии съема мощности. Опубликованное физическое обоснование дает основания полагать, что запуск коммерческого термояда состоится значительно раньше, чем предсказывают для долгостроев вроде ИТЭР.
