Po 70 metų nesėkmingų bandymų, branduolinės sintezės energija pagaliau įgauna pagreitį

Dešimtmečius branduolinės sintezės energijos perspektyva atrodė nepasiekiama – tai buvo teorinis fizikos stebuklas, kuris atkakliai atsisakė pereiti nuo projekto prie elektros skydelio. Tačiau laboratorijose nuo Prancūzijos iki Kinijos naujos kartos reaktoriai keičia istoriją, o tonas pasikeitė iš skepticizmo į atsargų optimizmą.

Jų centre esančios mašinos, vadinamos „tokamaks“, iš eksperimentinių kuriozų tapo prietaisais, galinčiais išlaikyti uždarą plazmą – medžiagą, kuri yra tokia karšta, kad imituoja žvaigždžių vidų – rekordiškai ilgą laiką.

Sintezės procesas vyksta pagal tą patį principą, kuris maitina saulę: priverčiant vandenilio branduolius susijungti į helį, procese išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Žemėje tai pasiekti reikalauja temperatūros, viršijančios 100 milijonų laipsnių Celsijaus, ir magnetinių laukų, pakankamai galingų, kad sulaikytų plazmą, kuri kitaip ištirpintų bet kokį žinomą metalą.

Pagrindinis iššūkis visada buvo išlaikyti stabilumą šiomis ekstremaliomis sąlygomis pakankamai ilgai, kad būtų pasiekta grynoji energija, kai reaktorius pagamina daugiau energijos, nei suvartoja.

Per pastaruosius kelerius metus pasiekta įspūdinga pažanga. Kinijos eksperimentinis pažangusis superlaidusis „tokamaks“ (EAST) peržengė empirinę tankio ribą, žinomą kaip Greenwaldo riba, parodydamas, kad „tokamaks“ gali veikti didesniu tankiu nesukeldami destabilizacijos.

Prancūzijos WEST reaktorius ir Pietų Korėjos KSTAR taip pat prailgino plazmos trukmę gerokai viršydami ankstesnius standartus. Šie bandymų stendai dabar teikia realaus pasaulio duomenis kitam dideliam eksperimentui – ITER, 23 000 tonų reaktoriui, statomam pietų Prancūzijoje, ir iki šiol ambicingiausiam branduolinės sintezės mokslo bendradarbiavimo projektui.

ITER, kurį remia daugiau nei 30 šalių, yra skirtas įrodyti, kad kontroliuojama sintezė gali generuoti daugiau energijos nei sunaudoja. Jo pagrindinis elementas, centrinis solenoidas, yra galingiausias magnetas pasaulyje ir veikia kaip sistemos širdis, varanti plazmos sroves, reikalingas ilgalaikėms reakcijoms. Solenoidinio magneto galutinio modulio atvykimas į Prancūziją 2025 m. pabaigoje buvo svarbus projekto etapas, kuris nuo pat pradžių susidūrė su dideliais techniniais vėlavimais ir inžineriniais sunkumais.

Dirbtinis intelektas keičia branduolinės sintezės mokslinius tyrimus. Mašininio mokymosi modeliai dabar padeda realiuoju laiku prognozuoti ir koreguoti plazmos nestabilumą, sintetizuoti trūkstamus eksperimentinius duomenis su statistiniu požiūriu patikimais įvertinimais ir optimizuoti magnetinio apribojimo modelius mastu, kuris yra pernelyg sudėtingas žmogaus operatoriams. Šios priemonės sutrumpina eksperimentų kartojimo ciklą, pagreitindamos kelių dešimtmečių trukmės branduolinės sintezės procesą.

Sunkiausia kliūtis tebėra medžiagos. Net jei reaktorius pasiekia degimo plazmos sąlygas, kai sintezė tampa savaiminė, aplinkinės struktūros turi atlaikyti intensyvų neutronų bombardavimą ir šilumos srautą.

Technologijų, finansavimo ir įsitikinimų konvergencija pakeitė diskusijas. Po dešimtmečių akademinės izoliacijos sintezė tapo investicijų magnetu. Pasak Pensilvanijos universiteto Kleinman energetikos politikos centro, privatus finansavimas išaugo nuo šiek tiek daugiau nei 1 mlrd. JAV dolerių 2016–2020 m. iki beveik 9 mlrd. JAV dolerių 2021–2025 m.