Создаваемая установка будет весить в три раза больше Эйфелевой башни и занимать площадь, равную 60 футбольным полям. Внутри возводимого здания будет размещаться атомный реактор, который, как надеются ученые, будет вырабатывать электроэнергию в результате ядерного синтеза. Он будет способен производить чистую безопасную энергию, что позволит сократить зависимость от ископаемых видов топлива.

Первый токамак был построен в СССР в Институте Атомной Энергии им И.В. Курчатова в 1956 г.

Ранее в этом году команда, работающая над реализацией этого проекта, назначила его нового руководителя. Им стал Бернар Биго (Bernard Bigot). «Мы входим в стадию производства и подготовки к сборке», — сказал он в марте, присоединившись к группе специалистов. Биго также отметил, что он является частью новой команды менеджеров, которая была собрана для того, чтобы «проводить исследования, а также создавать промышленную установку».

Внутри будущего реактора в уменьшенном и контролируемом виде будет происходить та же реакция, что и на Солнце, то есть ядерный синтез. Он является результатом столкновения между собой двух атомных ядер, что вызывает выделение энергии в виде фотонов. Ученые надеются укротить эту энергию и вновь использовать ее, заменив тем самым грязные и ограниченные формы энергии, которые мы используем сегодня.

В процессе реализации проект ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) постоянно сталкивался с проблемами, и сроки его реализации постоянно откладывались. Однако учение надеются на то, что первоначальные работы начнутся уже в 2020-х годах, тогда как сама укрощенная энергия появится позже.

После открытия деления ядер атомов был открыт обратный процесс: ядерный синтез - когда легкие ядра соединяются в более тяжелые.

Процессы ядерного синтеза идут на Солнце - четыре изотопа водорода (водород-1) соединяются в гелий-4 с освобождением колоссального количества энергии.

На Земле в реакции синтеза используются изотопы водорода: дейтерий (водород-2) и тритий (водород-3):

31H + 21H → 42He + 10n

Ядерный синтез, как и деление ядер, не стал исключением. Первое практическое применение эта реакция получила в водородной бомбе, последствия взрыва которой были описаны ранее.

Если ученые уже научились управлять цепной реакцией деления ядер, то управление высвобождающейся энергией ядерного синтеза пока что еще несбыточная мечта.

Практическое применение расщепления ядерной энергии на АЭС имеет существенный недостаток - это утилизация отработанных ядерных отходов. Они радиоактивны, - предоставляют опасность живым организмам, а их период полураспада достаточно велик - несколько тысяч лет (в период этого времени радиоактивные отходы будут представлять опасность).

Ядерный синтез не имеет вредных отходов - это одно из главных преимуществ его использования. Решение проблемы управлением ядерным синтезом позволит получить неиссякаемый источник энергии.

В результате практического решения этой проблемы была создана установка Токамак. 

Слово "Токамак" - по разным версиям это или сокращение слов ТОроидальная, КАмера, МАгнитные Катушки, или Приспособленное к легкому произношению сокращение от Тороидальная Камера с Магнитным Полем, которые описывают основные элементы этой магнитной ловушки, изобретенной А.Д. Сахаровым в 1950 г. Схема токамака показана на рисунке:

Первый токамак был построен в России в Институте Атомной Энергии им И.В. Курчатова в 1956 г.

Для успешной работы установки токамак надо решить три задачи

Задача 1. Температура. Процесс ядерного синтеза требует чрезвычайно высокой энергии активации. Изотопы водорода необходимо нагреть до температуры примерно 40 млн.К - это температура, превышающая температуру Солнца!

При такой температуре электроны "испаряются" - остается только положительно заряженная плазма - ядра атомов, разогретые до высокой температуры.

Ученые пытаются разогревать вещество до такой температуры при помощи магнитного поля и лазера, но, пока безуспешно.

Задача 2. Время. Чтобы началась реакция ядерного синтеза, заряженные ядра должны находиться на достаточно близком расстоянии друг от друга при Т=40 млн.К довольно длительное время - около одной секунды.

Задача 3. Плазма. Вы изобрели абсолютный растворитель? Замечательно! Но, позвольте спросить - а где вы его будете хранить?

Во время ядерного синтеза вещество находится в состоянии плазмы при очень высокой температуре. Но в таких условиях любое вещество будет находиться в газообразном состоянии. Так как же "хранить" плазму?

Поскольку у плазмы есть заряд, то для ее удержания можно использовать магнитное поле. Но, увы, пока создать надежную "магнитную колбу" ученым так и не удалось.

По самым оптимистическим прогнозам ученым понадобится 30-50 лет, чтобы создать работающий источник экологически чистого источника энергии - "надгробный камень" для нефтяных и газовых магнатов. Впрочем, не факт, что к тому времени человечество не израсходует свои запасы нефти и газа.

Всего в мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.

СССР и Россия 

Т-3 — первый функциональный аппарат.
Т-4 — увеличенный вариант Т-3
Т-7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе сплава ниобий-олово, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики.
Т-10 и PLT — следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз.
Т-15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,6 Тл.
Глобус-М — сферический токамак, новейший токамак в России, созданный в 1999 году.

Казахстан 
Казахстанский Материаловедческий Токамак (КМТ) — это экспериментальная термоядерная установка для исследований и испытаний материалов в режимах энергетических нагрузок, близких к ITER и будущих энергетических термоядерных реакторов. Место строительства КТМ — город Курчатов.

Ливия 
ТМ-4А

Европа и Великобритания 
Joint European Torus — самый крупный в мире действующий токамак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге, критерий Лоусона лишь в 4—5 раз ниже уровня зажигания.
Tore Supra — токамак со сверхпроводящими катушками (при 1.8 K), один из крупнейших в мире. Находится в исследовательском центре Кадараш (Франция).

США 
Test Fusion Tokamak Reactor (TFTR) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания. Закрыт в 1997 г.
National Spherical Torus Experiment (NSTX) — сферический токамак (сферомак) работающий в настоящее время в Принстонском университете. Первая плазма в реакторе получена в 1999 году, через два года после закрытия TFTR.
Alcator C-Mod — один из трёх крупнейших токамаков в США (два других — NSTX и DIII-D), Alcator C-Mod характеризуется самым высоким магнитным полем и давлением плазмы в мире. Работает с 1993 года.
DIII-D — токамак США, созданный и работающий в компании General Atomic в Сан-Диего.

Япония 
JT-60 — крупнейший японский токамак, работающий в Японском институте исследований атомной энергии (англ.) с 1985 года.
Triam — с сверхпроводящими магнитами

Китай 
EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) — Экспериментальный усовершенствованный сверхпроводимый токамак. Является глубокой модернизацией Российского токамака HT-7. Работает в рамках международного проекта ITER. Первые успешные испытания были проведены летом 2006 года. Принадлежит Институту физики плазмы Китайской академии наук. Расположен в городе Хэфэй, провинции Аньхой. На этом реакторе в 2007 году был проведён первый в мире «безубыточный» термоядерный синтез, с точки зрения соотношения затраченной/полученной энергии. На данный момент это соотношение составляет 1:1,25. В ближайшем будущем планируется довести это соотношение до 1:50.

Составлено для Свалки по материалам ИноСМИ, Просто о сложном, Wikipedia