— Как работает ваш мини-реактор? — Правильнее называть его нейтронным генератором на основе плазменного фокуса, однако в установке действительно фактически происходит.
Российские учёные разработали новый материал для термоядерного реактора
Чтобы продлить существование плазмы, загрязненный поток направляют на специальный элемент реактора, дивертор. Этот реактор использует магнитные поля от сверхпроводящих катушек для удержания ионизированного газа в вакуумной камере в форме пончика, с целью стимулирования слияния. Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля. #Плазменный_реактор_Мехрана_ №3 Отслоился #нано_слой_плазма_стала_четкой. В принципе и не хотел делать это Разоблачение Но когда увидел сколько людей на форумах думают что Хлорка которая возникает в результате электролиза соли в. В 2024 году Росатом завершит прототип плазменного ракетного двигателя, сообщили на панельной сессии «Атом для лучшей жизни».
НИУ МЭИ запустил одну из мощнейших в мире плазменных установок для будущего реактора ИТЭР
Термоядерный реактор, способный дать человечеству принципиально новый источник энергии, строится во Франции недалеко от Марселя. Размером с девятиэтажное здание даже недостроенная установка представляет собой фантастическое зрелище. Кроме проведения испытаний России самой поручено изготовить 25 узлов. Среди них самый крупный элемент — суперпроводниковая катушка для магнитного удержания плазмы. В феврале готовую и испытанную 200-тонную деталь сначала по морю, а потом по земле доставили из Петербурга во Францию. Какие бы не были сложности сейчас в международных отношениях, это никак не влияет на нашу работу. Человеческие отношения никак не поменялись». Пуск экспериментального термоядерного реактора и получение на нем первой плазмы запланирован на 2025 год.
Задача оказалось сложнее. Нерешенных проблем много. Во-первых, нужно разработать сплавы с конкретными свойствами, совмещающие прочность и пластичность. Пока основной кандидат в конструкционные материалы — вольфрам. Во-вторых, есть вопросы по физике плазмы, ее контролю, безопасному охлаждению, а главное — стабильному удержанию. Бум токамаков Идея создания термоядерного реактора была основана на теплоизоляции высокотемпературной плазмы с использованием электрического поля высокого напряжения. Токамак — тороидальная камера с магнитными катушками, прототип реактора для поддержания контролируемой термоядерной реакции в горячей плазме.
Главной задачей JET было подготовить сценарий технических характеристик, близкий к запланированному для постройки международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР. На реакторе JET было достигнуто первое в мире контролируемое выделение мощности синтеза на дейтерий-тритиевой реакции 1991 год , этому же реактору принадлежит мировой рекорд мощности управляемого термоядерного синтеза — 16 МВт 1997 год. При таких колоссальных температурах ядра изотопов водорода сталкиваются и, преодолевая кулоновский барьер, сливаются, образуя ядра атомов гелия. В результате каждого акта такого синтеза должно выделиться 17,6 МэВ энергии. При нагревании топливная смесь приходит в состояние полностью ионизированной плазмы, словно в солнечном ядре, где каждую секунду сгорают тонны водорода, также превращаясь в гелий. Сверхпроводящие тороидальная и полоидальная катушки совместно с центральным соленоидом удерживают плазму внутри вакуумного сосуда реактора. Эти катушки генерируют магнитное поле, которое формирует плазму в тор.
В 1950-х годах считалось, что MFE можно достичь относительно легко. Шла настоящая гонка: кто первым создаст подходящую установку. К концу 1950-х годов стало ясно, что турбулентность и нестабильность в плазме — серьезные проблемы. В 1968 году советская команда изобрела токамак, который показал производительность в 10 раз выше, чем альтернативные способы. Курчатова под руководством академика Льва Арцимовича. С тех пор считается наиболее перспективной идея токамаков с магнитным плазменным удержанием. Однако есть и другая концепция термоядерного синтеза — инициирование цепных реакций внутри реактора путем нагревания и сжатия топливной мишени с помощью мощного лазерного излучения так называемый инерционный синтез.
Применяются мощные лазеры для того, чтобы зажечь небольшую мишень — ампулу, содержащую топливо, и быстро менее чем за одну миллиардную долю секунды достичь условий термоядерного синтеза. Лазер используется для генерации импульса инфракрасного света, который длится несколько миллиардных долей секунды с миллиардными долями джоуля энергии. У этой технологии есть свои подводные камни. Лазеры с высоким КПД должны интенсивно, а главное — однородно облучать мишени; при этом важны сверхточная фокусировка лазеров, скрупулезное соблюдение размеров мишеней, их строго сферическая форма. Несколько ампул за секунду должны быть загружены в реактор с фиксированным положением по центру — это особенно сложно осуществить, учитывая масштабы реактора. Самая крупная экспериментальная установка, работающая по принципу инерционного синтеза, — это Национальный центр зажигания National Ignition Facility , расположенный в США, в Ливерморской национальной лаборатории им. NIF — самая мощная лазерная система в мире, насчитывающая 192 лазерных пучка.
О том, кто и как будет претворять термоядерный синтез в жизнь и когда появятся гибридные реакторы и космические плазменные двигатели в продолжении серии специальных репортажей о проектах РТТН.
При любом использовании текстовых, аудио-, фото- и видеоматериалов ссылка на bgtrk. При полной или частичной перепечатке текстовых материалов в интернете гиперссылка на bgtrk. Для детей старше 16 лет.
Компактный реактор установил рекорд по нагреву плазмы
Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит. Основным минусом реакторов типа токамак является такая высокая температура плазмы, которой на Земле просто не существует. На основе принципа токамака строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции. В этом проекте ученые занимаются расчетами пристеночной плазмы, а именно вопросами, как и какие примеси будут поступать в реактор, как будет перераспределяться мощность. Наконец удалось получить плазменный разряд с температурой в 40 млн градусов по Цельсию, что вдвое выше температуры в центре Солнца. Ионные температуры свыше 5 кэВ ранее не достигались ни в одном СТ и были получены только в гораздо более крупных устройствах со значительно большей мощностью нагрева плазмы.
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
Стартап по разработке термоядерного реактора General Fusion из Канады завершил очередной раунд сбора инвестиций, в этот раз собрав 65 миллионов долларов. Это одна из шести катушек полоидального поля в магнитной системе, которая служит для удержания плазмы в реакторе ИТЭР. Ионные температуры свыше 5 кэВ ранее не достигались ни в одном СТ и были получены только в гораздо более крупных устройствах со значительно большей мощностью нагрева плазмы.
Металлурги Росатома начали изготовление реакторной установки для АЭС «Пакш-2» в Венгрии
Ядерный синтез — естественная реакция в звездах, но его крайне сложно воспроизвести на Земле. Исследователи все еще сталкиваются с рядом технических проблем, чтобы собрать воедино условия, необходимые для контролируемого и экономически эффективного ядерного синтеза. Плотность плазмы — одно из важнейших условий для воспроизведения реакции. Чем плотнее материал, тем большее количество горючих частиц он содержит, что повышает вероятность термоядерного синтеза. В ядерных реакторах типа токамак эта плотность ограничена. Однако в ходе недавнего эксперимента ученым из General Atomics компании, специализирующейся на ядерной физике удалось увеличить плотность плазмы, как никогда ранее, без ущерба для ее удержания. Подробности были опубликованы в журнале.
Об этом в понедельник сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
Она стала первой подобной установкой в РФ и является одной из 10 наиболее мощных в мире. Использование установки позволит испытать прототипы теплозащитной облицовки камеры для будущего термоядерного реактора ИТЭР, которые создаются в России", - сказали ТАСС в университете.
В России также проводятся исследования по удержанию плазменных разрядов при сверхвысоких температурах, но информация о ходе таких экспериментов публикуется крайне редко.
Технология, использующая электрическую тягу, демонстрирует большой потенциал для открытия новой эры космических путешествий. Однако дальнейшему развитию мешала так называемая проблема «отрыва плазмы», объясняют ученые. Иллюстрация работы плазменного двигателя с магнитным соплом. Изображение : Kazunori Takahashi, Tohoku University Поскольку силовые линии магнитного поля всегда образуют замкнутые петли, те, которые находятся внутри магнитных сопел, неизбежно возвращаются к конструкции двигателя. По этой причине поток плазмы должен отрываться от магнитного сопла.
Ионы, имеющие большой радиус, легко отрываются от магнитного сопла.
Во Франции стартовала последняя фаза сборки крупнейшего в мире термоядерного реактора
Такие установки нового поколения на базе импульсных плазменных ускорителей наряду с токамаками могут рассматриваться как один из вариантов внешнего нейтронного источника для гибридного термоядерного реактора, особенно на начальной стадии разработки его компонентов. Высокая энергетическая эффективность, компактность и относительно низкая стоимость по сравнению с ядерными реакторами делают их также конкурентоспособными при производстве ряда изотопов для ядерной медицины, особенно короткоживущих. Для справки: Разрабатываемый источник на базе столкновения сгустков дейтериевой плазмы должен обеспечить получение нейтронного выхода реакции синтеза 1013 нейтронов за импульс в 2023 году. При условии завершения реконструкции энергетической базы питания плазменных ускорителей в 2023 году, к концу 2024 года нейтронный выход планируется увеличить до 1014 нейтронов за импульс.
Нейтроны — это нейтральные частицы, способные гораздо глубже проникать в материалы, чем пучки ионов или рентгеновские лучи.
Прошлой осенью Zap Energy достигла тока в 500 кА и пределов своих текущих аппаратных возможностей, и теперь начнет работу на своей платформе следующего поколения, известной как FuZE-Q, где в конце этого года установит ультрасовременный блок питания. Для коммерческого реактора Q должно быть порядка 15-20 и ток разряда в районе 1,5-2 миллионов ампер. Электрический ток является ключевым фактором выработки энергии при Z-Pinch синтезе, и эксперименты Zap Energy неуклонно продвигаются к получению энергии, необходимой для коммерческого синтеза. Основатели Zap Energy — слева направо: главный технический директор Брайан А. About Zap Energy Zap Energy создает недорогую, компактную и масштабируемую энергетическую платформу термоядерного синтеза, которая удерживает и сжимает плазму без необходимости использования дорогих и сложных магнитных катушек. Технология Zap со стабилизированным сдвиговым потоком Z-Pinch потенциально предлагает кратчайший путь к коммерчески жизнеспособному термоядерному синтезу и требует на порядки меньше капитала, чем традиционные подходы. В Zap Energy работает более 60 сотрудников на двух предприятиях недалеко от Сиэтла, и ее поддерживают ведущие финансовые и стратегические инвесторы.
По количеству выделяемой энергии эта реакция сопоставима с реакцией, используемой в ядерных реакторах с топливным циклом, использующем только природные изотопы урана 235U и 238U. Особенность применения ториевого топлива состоит в том, что в такой гибридной энерговыделяющей установке при прекращении поступления дополнительных нейтронов от внешнего источника ядерные реакции деления сразу же затухают. Таким образом, гибридные реакторы на ториевом топливе не способны к «саморазгону», что обеспечивает значительно большую безопасность ториевой энергетики. В настоящее время уже существуют различные проекты гибридных реакторов, в которых плазменным источником нейтронов служит токамак. Альтернативой может стать использование в качестве источника дополнительных нейтронов длинной магнитной ловушки. О принципах работы длинной магнитной ловушки в качестве источника нейтронов рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук профессор Андрей Аржанников: «На начальном этапе при помощи специальных плазменных пушек создается относительно холодная плазма, количество которой поддерживается дополнительной подпиткой газом из атомов тяжелого водорода — дейтерия. Инжекция в такую плазму нейтральных атомарных пучков с энергией частиц масштаба 100 кэВ обеспечивает образование в ней высокоэнергетичных ионов дейтерия и трития это тяжелые изотопы водорода , а также поддержание необходимой температуры. Сталкиваясь друг с другом, ионы дейтерия и трития соединяются в ядро гелия, при этом происходит выделение высокоэнергетических нейтронов. Такие нейтроны беспрепятственно выходят через стенки вакуумной камеры, где магнитным полем удерживается плазма, и, поступая в область с ядерным топливом, после замедления поддерживают протекание реакции деления тяжелых ядер, которая служит основным источником выделяемой в гибридном реакторе энергии». По словам Андрея Аржанникова, энергия нейтронов настолько высока, что они пронизывают стенки камеры из нержавеющей стали и медную обмотку, которая обеспечивает необходимое магнитное поле в плазме.
Объем реактора составил 300 куб. Авторы исследования провели эксперимент, в ходе которого заливали мазут между двумя электродами при напряжении 500 вольт. В ходе процесса выделялся водород, этилен, ацетилен, метан и углеводороды, содержащие от трех до пяти атомов углерода — все эти вещества широко применяются в химической промышленности. Среди них ученые обнаружили неупорядоченный графит и многослойные углеродные нанотрубки, которые могут использоваться в электронике, а также атомы серы, ванадия, кислорода и никеля, которые могут играть роль катализаторов для промышленности.
Британский термоядерный реактор сгенерировал первую плазму
Исследователи все еще сталкиваются с рядом технических проблем, чтобы собрать воедино условия, необходимые для контролируемого и экономически эффективного ядерного синтеза. Плотность плазмы — одно из важнейших условий для воспроизведения реакции. Чем плотнее материал, тем большее количество горючих частиц он содержит, что повышает вероятность термоядерного синтеза. В ядерных реакторах типа токамак эта плотность ограничена. Однако в ходе недавнего эксперимента ученым из General Atomics компании, специализирующейся на ядерной физике удалось увеличить плотность плазмы, как никогда ранее, без ущерба для ее удержания. Подробности были опубликованы в журнале. Преодоление предела Гринвальда Теоретический предел, определяющий максимальную плотность плазмы, достижимую в реакторе токамак, известен как "предел Гринвальда".
Ожидается, что работы завершат в декабре 2025 года, тогда же произойдет и получение первой плазмы При этом эксперименты с плазмой начнутся не ранее 2035 года. В случае успеха, ITER положит начало использования человечеством нового экологически чистого и эффективного источника энергии. Он считается одной из самых сложных физических установок, которые когда-либо создавались человеком.
Одним из направлений этой программы является Федеральный проект "Термоядерные и плазменные технологии". О том, кто и как будет претворять термоядерный синтез в жизнь и когда появятся гибридные реакторы и космические плазменные двигатели в продолжении серии специальных репортажей о проектах РТТН.
Это позволяет атомам сливаться, выделяя огромное количеств энергии. Примером этой реакции служит Солнце, в недрах которого водород превращается в гелий и ряд тяжелых элементов. Однако поскольку термоядерная плазма состоит из двух компонентов, ядер и электронов, которые отличаются по массе, они нагреваются и остывают с разной скоростью. Быстрое охлаждение электронов может воспрепятствовать нагреву плазмы. Что умеют программные роботы Стартап Zap Energy был основан как раз для решения проблемы преждевременного охлаждения электронов. В основу своего подхода физики положили известный Z-пинча, который вместо сложных и дорогих магнитных катушек использует для фиксации плазмы электромагнитное поле, возникающее внутри нее самой.
Британский термоядерный реактор сгенерировал первую плазму
О том, сможет ли реактор обеспечить страну практически неограниченным количеством чистой и безопасной энергии, — в материале Исследователи использовали метрику под названием H98 (y, 2) для оценки эффективности, с которой реактор токамака удерживает плазму. Специалисты Национального исследовательского университета "МЭИ" запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. НИУ "МЭИ" также исследует методы охлаждения при длительной эксплуатации компонентов будущего экспериментального реактора, расположенных внутри камеры, уточнили в вузе. Компания «АЭМ-Спецсталь» (машиностроительный дивизион Росатома) приступила к ковке партии заготовок для корпуса реактора первого энергоблока АЭС «Пакш-2». Одним из основных препятствий является успешное управление нестабильной и перегретой плазмой в реакторе, но новый подход показывает, как мы можем это сделать.
В плазменном фокусе: «Росатом» и МИФИ разработали термоядерный мини-реактор
Термоядерный реактор основан на реакции синтеза изотопов водорода, поэтому он гораздо более экологичный и безопасный по сравнению с существующими атомными реакторами. Развитие теории магнитного удержания плазмы (Magnetic Fusion Confinement, или MFE) в реакторе прошло три этапа. Хотя плазма удерживается и сжимается при помощи магнитного поля, её потоки всё равно могут соприкасаться со стенкой реактора. Впервые термоядерный реактор KSTAR Корейского института термоядерной энергетики (KFE) достиг температуры, в семь раз превышающей температуру ядра Солнца.
Эра термоядерного синтеза
Сложнейшая дорогостоящая установка запустилась сразу и сейчас работает, набирает мощность и выходит на мировые параметры. Вещество представляет собой плазму с температурой в несколько млн градусов. Подчеркивается, что чем выше его температура, тем больше скорость атомов. Нужно улучшение для того, чтобы увеличить энергию вырабатываемую термоядерным реактором.
Чтобы избежать этого, ранее была разработана концепция так называемой потеющей стенки: внутренняя поверхность реактора покрывается сетью каналов, из которых истекает жидкий литий. Литий - лёгкий элемент, поэтому ядра лития меньше охлаждают плазму и даже могут участвовать в термоядерных реакциях. В данном подходе слой жидкого лития берёт на себя часть защитных функций. Поэтому материал для "потеющей стенки" должен быть тугоплавким и теплопроводным, а также не должен вступать с жидким литием в химическое взаимодействие и при этом хорошо им смачиваться. Самый тугоплавкий металл - вольфрам, однако его теплопроводности для эффективного охлаждения стенки недостаточно. Медь обладает очень высокой теплопроводностью, но её нельзя применять для стенок реактора из-за легкоплавкости - металл просто атомизируется при взаимодействии с плазмой и попадёт внутрь реактора, что ухудшит качество плазмы.
Дивертор[ править править код ] Дивертор служит для извлечения из плазмы загрязнений, попадающих туда с «горячей стенки» бланкета. Применять диверторы на стеллараторах и токамаках начали в 1951 году по предложению Лаймана Спитцера. По форме магнитного поля диверторы относятся к одному из трех типов: полоидальному, тороидальному и бандл-типу. Принцип действия всех типов диверторов одинаков.
В токамаке ITER используется дивертор полоидального типа. На «горячей стенке» всегда присутствуют загрязнения, которые прилипают к ней в результате адсорбции. При нагреве эти загрязнения испаряются и попадают в плазму. Там они ионизируются и начинают интенсивно излучать. Возникают дополнительные радиационные потери эти потери пропорциональны второй степени эффективного заряда плазмы. Тем самым плазменный шнур охлаждается, а горячая стенка перегревается. Дивертор непрерывно «обдирает» с плазменного шнура внешний слой где концентрация примесей наиболее высока. Для этого, с помощью небольшого магнитного поля, внешние слои шнура направляются на интенсивно охлаждаемую водой мишень. Здесь плазма охлаждается, нейтрализуется, превращается в газ, а затем откачивается из камеры. Таким образом, примеси не проникают в сердцевину шнура.
Кроме того, в токамаке ITER дивертор служит для осаждения и удержания бериллиевой пыли, образующейся при испарении «горячей стенки» бланкета. Поэтому его на сайте ITER ещё шутливо называют «ashtray» пепельница. Если не удалять пыль из зоны горения, она попадёт в плазменный шнур, разогреется, и тоже начнёт излучать. Это вызовет в свою очередь, перегрев горячей стенки, её повышенный износ испарение и радиационное распыление и образование новых порций пыли. Дивертор ITER состоит из пяти мишеней с щелями между ними. Металлическая пыль скатывается с пологих поверхностей мишеней и попадает в щели. Оттуда ей очень трудно вновь попасть в плазменный шнур. Дивертор выполнен из 54 кассет [25] , общим весом 700 т. Корпус кассеты — высокопрочная нержавеющая сталь. По мере износа кассеты будут демонтироваться, и на их место устанавливаться другие.
Мало какой материал способен длительно срок службы токамака 20 лет выдерживать такой нагрев. На начальных стадиях проектирования токамака планировалось выполнить мишени из углеродного композита, армированного углеродным волокном англ. Система охлаждения дивертора будет работать в околокипящем режиме. Суть этого режима такова: теплоноситель дистиллированная вода начинает закипать, но ещё не кипит. Микроскопические пузырьки пара способствуют интенсивной конвекции, поэтому этот режим позволяет отводить от нагретых деталей наибольшее количество тепла.
А уже после мы, китайцы, европейцы, американцы, японцы, Южная Корея планируем строить демореактор. В нём не только будет генерироваться термоядерная мощность, но ещё и будут технологии по переработке с термоядерной мощности в электричество, тепловую и так далее", — сказал Красильников на Международном форуме-диалоге "Наука за мир и развитие". В основу реактора положена разработанная советскими и российскими учёными установка токамак, которая считается наиболее перспективным устройством для управляемого термоядерного синтеза.