Штучне Сонце — енергетична надія людства Колонка
З часів першої промислової революції людство переживає період стрімкого зростання населення та енергоспоживання. Кожна промислова революція мала свої енергетичне підґрунтя. Перша відбувалася на вугіллі, друга на електриці, третя на атомній енергії. Зараз ми живемо в часи четвертої промислової революції, яка покладає надії на альтернативні екологічно чисті джерела енергії, але вони мають низку недоліків, які поки що не дозволяють зробити славнозвісний «зелений перехід». Очевидно, що масштаби такого явища як промислова революція потребують і революційних проривів в її енергозабезпеченні.
Чи є в людства надія на науково-технологічний прорив, який дасть потужне джерело екологічно чистої енергії світового масштабу?
Так, надія є. І пов’язана вона з технологіями термоядерного синтезу, які розвиваються з початку 50-х років минулого століття. Відповідно до цих технологій, науковці хочуть відтворити процеси, які відбуваються на Сонці, тобто створити штучне Сонце промислового масштабу. Для цього вони вирішують проблему утримання плазми в стабільному стані. Це теоретично можливо за допомогою пристрою токамак (розшифровується як тороідальна камера з магнітними котушками). У цій камері утворюється електромагнітне поле, в якому синтезується та утримується плазма. Під час утримання плазми температура сягає 120 млн °C — у рази вища, ніж усередині самого Сонця. Паливом для токамаку є суміш дейтерію та тритію, це паливо є практично невичерпним і екологічно чистим. Так само екологічно чистим є гелій, який утворюється як відхід виробничого процесу.
Перше утримання плазми в 50-х роках минулого століття тривало долі секунди, нині світовий рекорд французького токамаку становить понад 22 хвилини, і вчені все більше наближаються до стабілізації процесу утримання плазми.
Як країни працюють над цією технологією?
У світі існує кілька експериментальних установок утримання плазми. Батьківщиною технології був СРСР, тому очевидно, що наша північна «правоприємниця всього на світі» володіє такими технологіями і до повномасштабного вторгнення в Україну вела міжнародну співпрацю в цьому напрямку.
Сучасні експериментальні проєкти токамаків працюють у понад десяти країнах, проте саме французький проєкт WEST та китайський проєкт EAST вже здатні утримувати плазму рекордний час у десятки хвилин на температурах більше 100 млн °C. Вказані проєкти є міжнародними і створення штучного Сонця є глобальним завданням людства, тому зараз триває будівництво нових установок.
Наприклад, проєкт термоядерного реактору International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) створюються у Франції силами всього Євросоюзу із залученням ще десятка країн, а китайські проєкти China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) та Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak (BEST) реалізуються переважно китайською державою, але з широким залученням міжнародних фахівців.
Україна, на жаль, не бере участі у цих технологічних перегонах, адже для того, щоб долучитися, наприклад, до європейського проєкту ITER, кожна країна учасниця повинна була сплатити щонайменше 1 млрд євро. Проте українські фахівці працюють в міжнародних командах різних проєктів токамаків та проводять окремі теоретичні та експериментальні дослідження в Україні та за кордоном незважаючи на проблеми з фінансуванням.
Як зазначав завідувач відділу теорії ядерного синтезу Інституту ядерних досліджень НАН України Ярослав Колесниченко у своїй статті 2025-го року «…співробітники їздять за свій рахунок. Через значні затримки з відшкодуванням витрат на поїздки наша участь у програмі EUROfusion відчутно скоротилася».
Що про це говорять енергетики?
Енергетики сподіваються, що вченим вдасться виконати поставлене ними самими завдання та отримати до 2030 року стабільний стан плазми — такий, що може тривати щонайменше місяці. Але це ще означає, що енергетична галузь одразу отримає нове джерело енергії промислового масштабу. Для цього енергетикам слід буде пройти тривалий шлях розвитку технологій отримання електричної та теплової енергії від цього «штучного Сонця».
Річ у тім, що стабілізована плазма ще не є промисловим джерелом енергії. Такий процес може бути енергетично нейтральним або від’ємним — коли для того, щоб утримувати плазму витрачається така сама кількість енергії, яка і виділяється на плазмі або навіть більша. Зараз енергетичне співвідношення процесу тимчасового утримання плазми вже має позитивний енергетичний баланс. Сучасні рекорди показують перевищення вироблення теплової енергії над втратами в 1,53 раза, але завданням проєкту ITER є десятикратне перевищення отриманої енергії над витраченою та вихід на потужність приблизно у 500 МВт. Лише за таких умов ця термоядерна технологія стане проривною.
Іншим аспектом розвитку технології є те, що неможливо в типові проєкти атомних електростанції просто вставити реактор нового типу та сподіватися на те, що все запрацює. Для нової технології слід буде проєктувати та будувати принципово нові типи електростанцій та налагоджувати принципово нові технологічні цикли та регламенти експлуатації. Все це потребує сил, грошей і часу. А головне — високого рівня інтелекту вчених та кваліфікації фахівців.
Отже, людство має об’єктивні проблеми з власним енергозабезпеченням, але науковці дають йому надію на сталий розвиток через співпрацю — надію на те, що розвинені країни значною мірою підсилять власну енергетичну безпеку та позбавляться від енергетичної залежності, а четверта промислова революція отримає своє енергетичне підґрунтя.