ҚР ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРҒЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

Ш.Уалиханов атындағы КУ КеАҚ

Мақала

Тақырыбы: Термоядролық синтез: «Жердегі жасанды күн»

6В01511-ФИЗИКА МҰҒАЛІМДЕРІН ДАЯРЛАУ

Орындаған: КӘРБАЙ АЖАР САНСЫЗБАЙҚЫЗЫ

Тексерген: АЙДАРХАНОВА АЙНАШ КАЗЫБЕКОВНА

Көкшетау қ. 2026 ж

Аңдатпа

Бұл мақалада қазіргі заманғы ғылымның ең өзекті бағыттарының бірі – термоядролық синтез технологиясы мен оның адамзат болашағы үшін стратегиялық маңызы қарастырылады. «Жердегі жасанды күн» деп аталатын бұл жоба Күннің ядросында жүретін табиғи энергия бөлу процестерін Жер жағдайында жасанды жолмен іске асыруды көздейді. Жұмыста сутегі изотоптарының қосылу реакциясы, плазманың физикалық қасиеттері және оны магниттік өріс арқылы «Токамак» қондырғыларында оқшаулаудың техникалық тетіктері егжей-тегжейлі сипатталған.

Мақаланың негізгі өзегі – халықаралық ITER жобасының аясында атқарылып жатқан жұмыстар мен термоядролық энергияның дәстүрлі қуат көздерінен басты айырмашылықтарын талдау. Автор бұл технологияның экологиялық тазалығына, шикізат қорының қолжетімділігіне және радиациялық қауіпсіздік деңгейінің жоғарылығына ерекше назар аударады. Сонымен қатар, Қазақстанның Ұлттық ядролық орталығы мен отандық КТМ токамагының әлемдік термоядролық зерттеулерге қосып жатқан ғылыми үлесі сараланады.

Зерттеу қорытындысында термоядролық синтездің іске қосылуы жаһандық энергетикалық дағдарысты біржола шешуге және «жасыл» экономиканың жаңа дәуіріне жол ашатыны негізделген. Бұл жұмыс физика, энергетика және экология саласындағы мамандар мен зерттеушілерге, сондай-ақ заманауи технологияларға қызығушылық танытатын оқырман қауымға арналған.

Кілт сөздер:
Термоядролық синтез, Жасанды күн, Токамак, Плазма, ITER, Дейтерий, Тритий, Энергетикалық қауіпсіздік, Қазақстандық материалтану токамагы (КТМ), Магниттік индукция.

2. Кіріспе

Адамзат өркениетінің қазіргі даму сатысы энергияға деген сұраныстың экспоненциалды өсуімен сипатталады. Дәстүрлі қазба отын қорларының сарқылуы және жаһандық жылыну мәселесі әлем ғалымдарын экологиялық таза, қауіпсіз әрі шексіз қуат көзін іздеуге мәжбүр етті. Осы орайда, термоядролық синтез технологиясы — адамзатты энергетикалық тығырықтан алып шығатын ең келешегі зор бағыт болып табылады. Ғылыми ортада «Жердегі жасанды күн» деп аталатын бұл жоба Күн мен жұлдыздардың ішкі энергия бөлу принципіне негізделген.

Термоядролық синтездің мәні — жеңіл атом ядроларын біріктіру арқылы орасан зор энергия алу. Бұл процесс бүгінгі ядролық энергетикада қолданылатын ауыр элементтердің ыдырау реакциясынан түбегейлі ерекшеленеді. Егер біз Жер жағдайында миллиондаған градусқа жететін плазманы тізгіндеп, оны тұрақты басқара алсақ, адамзат тарихындағы ең ірі технологиялық төңкеріс орын алмақ. Бұл тек экономикалық тиімділік қана емес, сонымен бірге қоршаған ортаны көмірқышқыл газы мен ұзақ мерзімді радиоактивті қалдықтардан тазартудың бірегей жолы.

Осы жұмыстың мақсаты — термоядролық синтездің физикалық негіздерін түсіндіру, «Токамак» қондырғыларының жұмыс істеу принципін талдау және халықаралық ITER жобасының маңызын айқындау. Сондай-ақ, мақалада Қазақстанның осы жаһандық ғылыми бәсекедегі орны мен отандық ғалымдардың материалтану саласындағы жетістіктері сараланатын болады.

3. Негізгі бөлім

1. Синтез реакциясының физикалық негіздері.

Термоядролық синтез — бұл екі жеңіл атом ядросының (әдетте сутегінің изотоптары — дейтерий мен тритий) бірігіп, ауырлау гелий ядросын түзу процесі. Бұл кезде физика заңдарына сәйкес массаның бір бөлігі орасан зор энергияға айналады. Күн ортасында бұл процесс жоғары гравитациялық қысымның есебінен жүреді. Алайда Жерде мұндай қысымды тудыру мүмкін емес, сондықтан ғалымдар температураны 150 миллион градусқа дейін көтеру әдісін қолданады. Мұндай жағдайда зат «плазма» күйіне ауысады. Плазманы басқару — жобаның ең күрделі техникалық міндеті, себебі кез келген материал мұндай ыстықта бірден еріп кетеді.

2. Токамақ шығу тарихы.

Токамак (Тороидальная Камера с Магнитными Катушками) — басқарылатын термоядролық синтезді жүзеге асыруға арналған қондырғы. Ол XX ғасырдың 50-жылдарында КСРО-да пайда болды. Токамактың теориялық негізін 1950 жылы кеңес физиктері Игорь Тамм бен Андрей Сахаров қалады. Олар жоғары температуралы плазманы ұстап тұру үшін тороидты (баранка тәрізді) магнит өрісін пайдалануды ұсынды. «Токамак» терминін 1957 жылы физик Игорь Головин ұсынған. Бастапқыда ол «токамаг» (магниттік катушкалар) деп аталғанымен, кейінірек айтуға ыңғайлы болу үшін «токамак» болып өзгертілді.

Алғашқы қондырғылар:

• 1954 жыл: Мәскеудегі Курчатов институтында әлемдегі алғашқы эксперименттік тороидты қондырғы салынды.

• 1958 жыл: Нағыз токамак талаптарына сай келетін алғашқы Т-1 қондырғысы іске қосылды.

• 1968 жыл: Т-3 токамагында плазма температурасын 10 миллион градусқа дейін жеткізу мүмкін болды. Бұл бүкіл әлемдік ғылыми қауымдастықты таңғалдырды, өйткені сол уақытқа дейін мұндай нәтижеге ешкім жете алмаған еді.

Кеңес ғалымдарының Т-3 қондырғысындағы жетістігінен кейін, 1969 жылы британдық мамандар Мәскеуге келіп, өлшемдердің дәлдігін растады. Содан кейін АҚШ, Еуропа және Жапония өздерінің токамактарын сала бастады.

Қытай қазіргі уақытта термоядролық синтез және токамак технологиялары бойынша әлемдік көшбасшылардың біріне айналды. Олар бұл бағытта КСРО-дан басталған технологияны жаңа деңгейге көтеріп, бірнеше әлемдік рекорд орнатты.

Қытайдың бұл саладағы жетістіктері:

1. EAST жобасы («Жасанды Күн»)

Қытайдың ең танымал токамагы — EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Ол Хэфэй қаласындағы Плазма физикасы институтында орналасқан. Жобаның мақсаты- плазманы ұзақ уақыт бойы тұрақты қалыпта ұстауды үйрену. Бұл болашақта электр станциясын салу үшін ең маңызды қадам. 2021 жылы бұл қондырғы плазманы 120 миллион градус Цельсий температурасында 101 секунд бойы ұстап тұрып, әлемдік рекорд орнатты.

2. HL-2M: Қытайдың жаңа буын реакторы

Чэнду қаласында орналасқан бұл қондырғы Қытайдың ең заманауи және қуатты токамагы болып есептеледі.Бұл реактор плазманың температурасын 200 миллион градусқа дейін жеткізе алады.Оның ерекшелігі — магнит өрісін басқарудың икемділігі мен плазманың қызуын тиімді бақылауында.

3. ITER және Халықаралық ынтымақтастық

Қытай — Францияда салынып жатқан жаһандық ITER (Халықаралық термоядролық эксперименталды реактор) жобасының белсенді мүшесі. Қытай бұл жобаға тек қаржы құйып қана қоймай, ең күрделі инженерлік бөлшектерді (мысалы, аса қуатты магниттер мен плазманы қыздыру жүйелерін) дайындап береді.

Қазақстандық токамак – КТМ. Қазақстанда термоядролық технологияларда қолдануға болатын материалдарды зерттеуге арналған КТМ токамагы бар. Токамак Курчатов қаласында орналасқан. Ол 100 миллион °C-қа дейінгі плазманы 5-10 секунд бойы ұстай алады, магниттік өріс күші 3.5 Тесла, отыны дейтерий (²H). Қазақстандық токамакта ITER-де қолданылатын плазмаға төзімді материалдар сыналады. Бұл жоба арқылы Қазақстан ITER-дің маңызды серіктесінің бірі болып отыр.

4. Қорытынды

Қорыта айтқанда, термоядролық синтез саласындағы зерттеулер — адамзаттың энергетикалық тәуелсіздікке жету жолындағы ең өзекті қадамы. ХХ ғасырдың ортасында кеңес физиктері Игорь Тамм мен Андрей Сахаров негізін қалаған токамак технологиясы бүгінде жаһандық ғылымның алтын діңгегіне айналды. Бастапқыда КСРО-да теориялық тұрғыдан дәлелденіп, алғашқы эксперименттік үлгілері жасалған бұл қондырғы қазіргі таңда Қытай Халық Республикасының жоғары технологиялық базасында жаңа қарқынмен дамуда.

Қытайдың EAST және HL-2M жобалары аясында қол жеткізген рекордтық көрсеткіштері плазманы экстремалды температурада ұзақ уақыт ұстап тұрудың мүмкін екендігін іс жүзінде дәлелдеді. Бұл жетістіктер тек бір елдің ғана емес, халықаралық ITER жобасының да сәтті жүзеге асуына тікелей ықпал етеді. Термоядролық энергия — экологиялық таза, қауіпсіз және шектеусіз ресурс болғандықтан, оны игеру климаттық дағдарыс пен ресурстар тапшылығы мәселесін түбегейлі шеше алады.

Түйіндей келе, токамак эволюциясы ғылымның шекара танымайтынын және бір кездері қиял болып көрінген «жасанды күн» жасау идеясының шындыққа айналуға жақын екенін көрсетеді. Болашақ энергиясының кілті — фундаменталды физикалық білім мен заманауи инженерлік шешімдердің осылайша үйлесім табуында.

5. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

• https://baq.kz/qytay-zhasandy-kun-zhasap-shygarady-200009103/

• https://aikyn.kz/281320/shikizaty---ten-iz-suy-bolatyn--eshk-ashan-tausylmaytyn--ekologiyalyk--taza-zh-ne-k-auipsiz-energiyag-a-zhak-yndadyk

• https://stud.kz/referat/show/52423

• https://egemen.kz/article/169181-kurchatovta-tokamak-iter-qurylysyn-bastau-ushin-dganha-dgobalar-ashylmaq