Ученые установили рекорд в исследованиях ядерного синтеза с помощью WEST-токамака; это значительное продвижение на пути к искусственному солнцу

12 февраля токамак WEST в Кадараше (Франция) поддерживал плазму в течение рекордных 1 337 секунд (22 минуты и 17 секунд). Во время эксперимента плазма достигла поразительной температуры в 50 миллионов градусов Цельсия (90 миллионов градусов по Фаренгейту), что почти в три раза превышает температуру ядра Солнца.

Побив предыдущие рекорды

Прежний рекорд продолжительности работы плазмы в плазмообразующем устройстве был установлен китайским токамаком EAST в январе 2025 года: он проработал 1 066 секунд (17 минут и 46 секунд). Последнее достижение WEST, управляемого Комиссариатом по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (CEA), превысило эту продолжительность всего на 4 минуты и 29 секунд — в общей сложности на 25 %.

Это достижение имеет решающее значение для превращения ядерного синтеза в технологию получения энергии. Будущие реакторные электростанции, включая строящийся в настоящее время на юге Франции Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), будут рассчитывать на длительное удержание плазмы.

«Этот скачок вперед демонстрирует, как наши знания о плазме и технологическом контроле над ней в течение длительного времени становятся все более зрелыми, и дает надежду на то, что термоядерная плазма может быть стабилизирована на более длительное время в таких установках, как ITER», — говорится в заявлении CEA.

Как работает ядерный синтез

Ядерный синтез — это процесс, который питает звезды, включая Солнце. Если термоядерный синтез будет успешно использован на Земле, он потребует меньше ресурсов и топлива, чем деление ядер, которое в настоящее время используется на атомных электростанциях. В отличие от деления, термоядерный синтез не приводит к образованию долгоживущих радиоактивных отходов, что делает его более чистым источником энергии.

Деление ядер производит энергию путем расщепления атомов тяжелых элементов, в то время как термоядерный синтез делает обратное — объединяет атомы более легких элементов в более тяжелые, высвобождая при этом энергию. В ядре Солнца атомы водорода соединяются, образуя гелий, второй по легкости элемент во Вселенной.

Воспроизвести этот процесс на Земле крайне сложно. В ядре Солнца процесс термоядерного синтеза поддерживается при температуре около 15 миллионов градусов Цельсия (27 миллионов градусов по Фаренгейту), где плазма остается ограниченной из-за огромной массы и гравитационной силы Солнца.

Трудности достижения термоядерного синтеза на Земле

Так сложилось, что на Земле, в отличие от Солнца, не такая сильная гравитация. Поэтому ученые применяют метод, известный как магнитный термоядерный синтез, при котором мощные магнитные поля используются для удержания и нагрева плазмы в реакторе, похожем на тор, до тех пор, пока атомы водорода не начнут плавиться.

Чтобы компенсировать отсутствие гравитации на Солнце, токамаки должны достигать температур, значительно превышающих те, что наблюдаются в ядре Солнца. Например, ИТЭР будет стремиться к температуре 150 миллионов градусов по Цельсию (или 270 миллионов градусов по Фаренгейту), что на порядок выше температуры ядра Солнца.

Такие экстремальные температуры необходимо поддерживать, добиваясь стабильности всей плазмы. Кроме того, каждый материал в токамаке должен выдерживать интенсивное излучение, не повреждаясь сам и не загрязняя плазму.

Важнейшая технологическая веха WEST

«WEST достиг нового ключевого технологического рубежа, поддерживая водородную плазму в течение более двадцати минут за счет нагрева мощностью 2 мегаватта (МВт)», — сказала Анн-Изабель Этьенвре, директор по фундаментальным исследованиям CEA. Эксперименты будут продолжены с увеличением мощности». Этот превосходный результат позволяет WEST и французскому сообществу возглавить работу по использованию ИТЭР в будущем».

Следующий этап исследований WEST будет направлен на дальнейшее увеличение продолжительности плазмы, с целью поддержания ее в течение нескольких часов. Ученые также будут работать над повышением температуры плазмы до уровня, необходимого для практического получения термоядерной энергии.

Успех WEST не только демонстрирует прогресс в удержании плазмы, но и предоставляет ценные данные для разработки материалов и технологий, которые будут использоваться в ИТЭР. Инженеры и ученые анализируют взаимодействие плазмы с компонентами реактора, чтобы понять, как лучше защитить стенки токамака от эрозии и повреждений. Эти знания критически важны для обеспечения долговечности и эффективности будущих термоядерных установок.

Кроме того, эксперименты на WEST помогают оптимизировать методы нагрева и контроля плазмы. Ученые изучают различные сценарии и конфигурации магнитного поля, чтобы найти наиболее стабильные и эффективные способы поддержания термоядерного синтеза. Эти исследования приближают нас к созданию самоподдерживающейся термоядерной реакции, при которой энергия, выделяемая в процессе синтеза, используется для поддержания температуры плазмы, что является ключевым шагом к коммерческой термоядерной энергии.

Достижения WEST и других токамаков по всему миру подтверждают, что термоядерный синтез – это не просто мечта, а вполне достижимая цель. Несмотря на остающиеся технические трудности, прогресс в этой области внушает оптимизм и позволяет надеяться, что в будущем термоядерная энергия станет важным элементом энергетического баланса человечества.