Для той же установки NIF моделирование показывает, что термоядерная реакция вроде бы должна при нынешних параметрах запускаться без проблем, но физикам до сих пор не.
Ракетчики начали строить термоядерный двигатель
Реакции термоядерного синтеза позволяют получать энергию без радиоактивных отходов и оставления углеродного следа. Исследования в области термоядерного синтеза и физики плазмы ведутся более чем в 50 странах, и термоядерные реакции были успешно запущены в ходе многих экспериментов. Зачем на самом деле строится самый большой термоядерный реактор. Зачем на самом деле строится самый большой термоядерный реактор. познакомьтесь с новейшими разработками, впечатляющими функциями и глубоким анализом ядерной физики.
Вестник РАН, 2021, T. 91, № 5, стр. 470-478
| Академик В.П. Смирнов: термояд — голубая мечта человечества | Европейский токамак обновил рекорд по количеству полученной в ходе термоядерной реакции энергии. |
| Американцы произвели термоядерный прорыв к 100-летию советского академика Басова | Российские учёные разработали новый материал для термоядерного реактора. |
| Термоядерная мощь: насколько люди близки к созданию неисчерпаемого источника энергии | Реакции термоядерного синтеза позволяют получать энергию без радиоактивных отходов и оставления углеродного следа. |
| Какие проблемы возникли на ИТЭР и почему задерживается энергопуск российского токамака | Реакторы термоядерного синтеза имитируют ядерный процесс внутри Солнца, сталкивая более легкие атомы вместе и превращая их в более тяжелые. |
Ракетчики начали строить термоядерный двигатель
| Американские физики повторно добились термоядерного зажигания | Случайное открытие физиков позволяет стабилизировать реакции термоядерного синтеза 5.5. |
| Физика плазмы и инерциальный термоядерный синтез | Статья автора «Канал Наука» в Дзене: 13 декабря 2022 года было объявлено: американским физикам удалось добиться, чтобы термоядерный синтез выработал на 50% больше энергии. |
| Физики США вторично добились положительного термоядерного синтеза | Случайное открытие физиков позволяет стабилизировать реакции термоядерного синтеза 5.5. |
| Физики впервые запустили самоподдерживающийся термоядерный синтез, но не смогли это повторить | В течение четверти века он работал в областях физики плазмы и производства нейтронов, связанных с разработками в области термоядерной энергии. |
Поделиться
- Какие проблемы возникли на ИТЭР и почему задерживается энергопуск российского токамака
- FT: американцы добились прироста чистой энергии в термоядерном синтезе и совершили прорыв
- Выбор сделан - токамак плюс - Российская газета
- ядерная физика, все новости – «ВЗГЛЯД.РУ»
Новый термоядерный рекорд: китайский токамак удерживал плазму 403 секунды
| Американские физики повторно добились термоядерного зажигания | познакомьтесь с новейшими разработками, впечатляющими функциями и глубоким анализом ядерной физики. |
| Вестник РАН. T. 91, Номер 5, 2021 | Делается вывод о том, что термоядерные исследования способны выступать и уже выступают мощным драйвером научно-технологического прогресса, механизмом, стимулирующим. |
| Прототип российского термоядерного реактора: для чего он необходим? | Американские физики утроили энергетическую эффективность экспериментального термоядерного реактора NIF. |
| Поддерживаемый Биллом Гейтсом стартап по термоядерному синтезу превзошел температуру Солнца | — Валентин Пантелеймонович, понятно, что получение термоядерной плазмы — предел мечтаний физиков-ядерщиков. |
Ядерный синтез: недавний эксперимент преодолевает два основных препятствия для работы
В саровском ядерном центре готовится к запуску лазерная установка для экспериментов по управляемому термоядерному синтезу УФЛ-2М. Ещё с 1950-х годов прошлого века физики мечтали использовать термоядерный синтез для получения энергии, но прежде не получалось добыть больше энергии. Хорошие новости продолжают поступать в области исследований ядерного синтеза.
Новосибирские физики ускорили плазму в установке - основе термоядерного ракетного двигателя
Учёные из США впервые сгенерировали больше энергии в ходе реакции управляемого термоядерного синтеза, чем потребляет топливная капсула, в которой запускается слияние. Хорошие новости продолжают поступать в области исследований ядерного синтеза. Глеб Курскиев рассказал ПРОСТО о том, что такое термоядерный синтез и почему он так важен! Так что, готовимся устанавливать термоядерный реактор в каждый дом? Сомневается популяризатор науки, автор YouTube-канала «Физика от Побединского» Дмитрий Побединский. Все самое интересное и актуальное по теме "Ядерная физика".
#термоядерный синтез
Каждый раз, когда ученые пытались сжать плазму в реакторе, она выплескивалась наружу. Как причесать ежа, или попытки удержать плазму К решению задачи удержания плазмы вплотную подошли советские ученые Института им. Курчатова в 1950-х. В магнитной ловушке, созданной под руководством академиков Андрея Сахарова и Игоря Тамма, горячая смесь дейтерия и трития удерживалась с помощью магнитного поля и не касалась стенок реактора. Эта экспериментальная установка c вакуумной камерой в форме бублика тора стала известна во всем мире под именем Токамак — тороидальная камера с магнитными катушками. В ней впервые удалось достичь температуры термоядерной реакции в 100 миллионов градусов — почти в 10 раз больше, чем внутри Солнца!
У любого термоядерного реактора типа токамака есть отверстие в центре. Объясняется это теоремой о причесывании ежа, согласно которой невозможно причесать свернувшегося клубком ежика так, чтобы ни одна его иголка не торчала наружу. Если придать плазме форму шара, то ее магнитное поле всегда будет иметь минимум одну выпадающую точку. С тором такой проблемы не возникнет, его можно гладко «причесать» по всей поверхности, причем разными способами. Так выглядит изнутри тороидальная камера токамак для осуществления реакции синтеза Прошло почти 70 лет, но токамак все еще остается самым перспективным типом термоядерных реакторов — практически у каждой развитой страны сегодня есть собственная тороидальная установка.
Реакторы других форм создают для изучения свойств плазмы. Например, сферический токамак напоминает сплюснутый глобус и позволяет дольше удерживать плазму. А в стеллараторе, прозванном «мятым бубликом», магнитные катушки находятся снаружи тора, за счет чего он может работать без перерывов, в отличие от классического токамака. Существуют и альтернативные виды реакторов, например установки на инерциальном удержании. На тритий-дейтериевую мишень размером с булавочную головку направляют больше сотни сверхмощных лазеров.
Они нагревают мишень до сотен миллионов градусов и сжимают в тысячи раз, запуская термоядерную реакцию. Такую энергию, полученную лазерным синтезом, можно контролировать и использовать. Однако подобные реакторы работают в импульсном непостоянном режиме, поэтому вещество быстро разлетается и долго удерживать плазму не удается. Отдельная задача в том, чтобы сжать вещество абсолютно симметрично со всех сторон. Наконец, даже если в реакторе удастся обеспечить нужную форму и плотность плазмы, потери энергии на это должны быть минимальны, чтобы термоядерная реакция была экономически выгодной.
Это критерий Лоусона, который стал одной из главных целей управляемого термоядерного синтеза. Именно на выполнение этого условия нацелены современные экспериментальные мега-проекты термоядерного синтеза. Один реактор на 35 стран В 2010 году на юге Франции развернулась стройка исполинских масштабов.
И сила у того взрыва колоссальная.
Например, в Хиросиме США взорвали только относительно небольшую атомную бомбу, и последствия были ужасающие. Понять я это не могу. Может быть, если на какой-то огромной высоте, если взорвать, то людей массово сразу не убьет, но всё равно радиоактивные осадки будут перемещаться в атмосфере по Земле и в конце концов выпадут вместе с дождями, с пылью на головы всех людей, — отметил физик. Заражение может распространиться по всей Земле и выпасть осадками в другом регионе, стране — это негативные последствия, которые возможны повсеместно.
А катастрофические — локальны, — ответили на запрос корреспондента NGS. RU в институте. От такого взрыва могут погибнуть миллионы людей. Просчитать точно все последствия просто невозможно.
Но вопрос об угрозе ядерной зимы всё же остается открытым. Электронику отрубит, а вот со спутниками — вопрос У любого взрыва есть свой радиус. RU Вероятность выхода из строя электроприборов после термоядерного взрыва очень высока, так как даже большая вспышка на солнце может оставить людей без гаджетов и электричества. Всё вырубилось вообще из-за сильной вспышки на Солнце.
Но опять же это локальные вещи, — отметил физик. И это всё равно что подключить неожиданно к проводу колоссальный источник с огромным напряжением, на которое вся система не рассчитана. И всё это просто вырубается, если не сгорает. Все чипы могут сгореть навсегда.
Но есть важное уточнение — влияние на весь мир, а тем более на спутники, термоядерный взрыв над Сибирью не окажет. Валерий Христофоров в свою очередь добавил, что страшно представить, что может сделать взрыв с людьми, а не только гаджетами. Выпадения радиоактивных осадков избежать точно не получится. Никто не может и гарантировать, что они выпадут над Сибирью, а не переместятся, например, в Москву, где живет и не дает своим детям гаджеты, а еще записывает эфиры Маргарита Симоньян.
Кто-то сгорел мгновенно — полностью превратились в атомы, только тень осталась на мосту, кто-то позже умер в муках, — объяснил ученый.
Прежде всего NIF — это неимоверной сложности установка. Например, накопители конденсаторы для питания лазеров — это целое футбольное поле. Во-вторых, сейчас уже вполне отработана технология реакторов на быстрых нейтронах. Уран, который эти реакторы позволяют вовлечь в ядерно-топливный цикл, дешевый, его много. В общем, физика процесса — интересная: исследование свойств веществ при сверхвысоких давлениях и сверхвысоких температурах.
Пусть занимаются. Повторяю, это очень интересная физика. Но коммерческое использование этого достижения — не раньше, чем через несколько десятилетий. Как шутят сами физики, занимающиеся термоядом, через 50 лет или, может быть, на два дня раньше». Действительно, заявления типа «Ученые США впервые в мире смогли получить от термоядерного синтеза больше энергии, чем на него потратили», «Научные прорывы в этой сфере позволят человечеству в будущем полностью отказаться от ископаемого топлива» существенно переоценивают значение эксперимента на установке NIF. Да, полученной «сверхнормативной» энергии хватит, чтобы вскипятить 10—15 чайников.
Но журнал Nature напоминает: на работу всей установки потратили 322 МДж; лазеры выдали мощность на топливо, равную 2,05 МДж; конечная реакция произвела 3,15 МДж. Но с точки зрения промышленности все остается на своих местах: потратили 322, получили 3,15», — резюмируют сотрудники Московского инженерно-физического института в Telegram-канале «Эвтектика из МИФИ». Но в этой гонке принципов — токамаки vs инерциальный термояд — как-то оказался отодвинутым на периферию научного и государственного, что важно! Этот сценарий, как бы, зеркально противоположен лазерному термояду. Если в реакторе NIF происходит внешнее обжатие капли термоядерного топлива, то в пузырьковом варианте, наоборот, нейтроны рождаются в результате экстремального схлопывания газовых пузырьков. Любопытно, что теоретическую схему этого процесса предложил как раз академик Роберт Нигматулин в середине 1990-х.
По крайней мере в 1995 году он уже выступал с докладом «Перспективы пузырькового термояда» на научной конференции в США. Несколько американских физиков заинтересовались теоретическими выкладками российского ученого, и начались «камерные» лабораторные эксперименты. Действие лабораторной термоядерной установки основано на эффекте акустической кавитации в специально подготовленной жидкости, подвергнутой воздействию акустической волны, образуется кластер мельчайших пузырьков, которые с огромной скоростью схлопываются. Все происходило в небольшом цилиндре с ацетоном, в котором ядра водорода были заменены ядрами дейтерия, имеющими в своем составе по дополнительному нейтрону. Ученые зарегистрировали поток нейтронов, вылетающих из камеры, где находился цилиндр с ацетоном.
Сливаясь, атомы теряют часть своей массы, которая высвобождается в виде энергии. В результате столкновения ядер водорода возникает ядро более массивного химического элемента — гелия. Выделившаяся при этом энергия в шесть раз выше, чем в ходе реакции деления ядра урана, самого тяжелого долгоживущего элемента в природе время, за которое половина ядер урана распадется на другие элементы, исчисляется миллиардами лет. Именно реакция деления урана — источник энергии в реакторах современных атомных электростанций.
Осуществить управляемую реакцию деления в первом промышленном реакторе удалось в середине XX века. С тех пор силы физиков-ядерщиков направлены на создание устройства, которое позволило бы управлять и термоядерным синтезом. Для реакции управляемого синтеза нужны особые ядра водорода с дополнительными нейтронами, которые называются изотопами, — это дейтерий и тритий. Дейтерий стабилен, и его можно найти в морской воде. Тритий же — более редкий и радиоактивный изотоп, который выделяют на атомных реакторах при получении лития. Заменить тритий может стабильный изотоп гелий-3. Добывать его так же трудно, но огромные залежи можно найти в грунте на поверхности Луны. Если технологии позволят недорого получать гелий-3 из лунной пыли, то этого будет достаточно для энергоснабжения всей планеты на тысячи лет. Останется лишь построить нужный реактор токамак.
Реакция термоядерного синтеза слияния двух легких ядер в одно более тяжелое , в ходе которой высвобождается колоссальное количество энергии Почему сложно построить реактор для синтеза Атомы всех окружающих нас веществ состоят из ядра и электронной оболочки. Ядра заряжены положительно, поэтому, согласно закону Кулона, они отталкиваются. Чтобы соединиться, им нужно преодолеть кулоновский барьер и сблизиться на расстояние действия ядерных сил — 10-15 метра один метр, деленный на единицу с пятнадцатью нулями. Для этого необходима огромная энергия, которую можно получить в виде тепла. Солнечный климат для этого идеален, температура внутри звезды достигает экстремальных величин — 15 миллионов градусов. Вещество при такой температуре переходит в состояние плазмы, работать с которой в земных условиях не так-то просто. Плазма считается четвертым агрегатным состоянием вещества. Если нагреть твердое вещество, оно становится сначала жидким, затем газообразным и, наконец, — плазмой. При температуре в десятки тысяч градусов атомы газа теряют свои электроны и превращаются в ионы — свободные электрические заряды.
Такой газ называется ионизованным и является средой, проводящей электрический ток. В естественных условиях Земли плазма встречается в виде разрядов молний или в магнитосфере планеты при полярном сиянии.
ядерная физика
«Команда физиков, работающих на установке NIF, провела первый в истории контролируемый эксперимент по термоядерному синтезу, достигнув энергетической безубыточности. познакомьтесь с новейшими разработками, впечатляющими функциями и глубоким анализом ядерной физики. Физики впервые запустили самоподдерживающийся термоядерный синтез, но не смогли это повторить. Американцы совершили прорыв в изучении термоядерной энергии.
#термоядерный синтез
Зачем на самом деле строится самый большой термоядерный реактор. Термоядерный реактор Zap сначала вдувает газ в камеру, затем мощный импульс энергии ионизирует его в плазменную нить, проводящую сверхсильный ток. Делается вывод о том, что термоядерные исследования способны выступать и уже выступают мощным драйвером научно-технологического прогресса, механизмом, стимулирующим. Американские физики утроили энергетическую эффективность экспериментального термоядерного реактора NIF. Актом термоядерной реакции является слияние двух тяжелых ядер водорода (дейтерия с дейтерием или дейтерия с тритием) в ядро гелия.
Российские учёные разработали новый материал для термоядерного реактора
- «Национальная поджигательная установка» резко повысила эффективность термоядерного синтеза
- Эра термоядерного синтеза
- ядерная физика, все новости – «ВЗГЛЯД.РУ»
- Российские физики рассказали о приручении термоядерного синтеза
Термоядерную установку, у которой нет аналогов в мире, запустили в Курчатовском институте
При неравномерном сдавливании капсулы они быстро нарастают, и в результате вместо сильного сжатия оболочку с топливом просто разорвет на куски. Преодоление этих трудностей и является пока главной задачей в инерционном термоядерном синтезе. Установка NIF использует две идеи, помогающие бороться с этими проблемами: слоистую капсулу и непрямое обжатие рис. Чтобы не потерять топливо при нагревании, внешняя оболочка капсулы делается из пластика, а дейтериево-тритиевая смесь наносится в виде льда на внутренную поверхность этой оболочки. Внешний слой поглощает лазерный импульс, резко нагревается и расширяется, ударным образом сжимая при этом внутреннюю часть капсулы. Эта внутренняя часть разгоняется до высоких скоростей — и резко останавливается, когда схлопывающаяся ударная волна проходит через центр. Именно этот процесс сжатия и прохождения ударных волн сильно уплотняет центральную область и разогревает вещество до многих миллионов градусов. Интересно отметить, что похожие процессы, но при меньших масштабах температур и давлений, происходят и при ультразвуковой кавитации. Принцип работы инерциального термоядерного синтеза с непрямым обжатием. Мощная лазерная вспышка попадает внутрь маленькой камеры, превращает ее в облачко плазмы высокой температуры. Эта плазма излучает тепловое рентгеновское излучение, которое уже и сжимает слоистую капсулу с топливом структура капсула показана в разрезе.
Схема из статьи G. Brumfiel, 2012. Laser fusion put on slow burn Для равномерного давления на капсулу в установке NIF используется не только большое число лазерных лучей 192 синхронизованных луча, которыми можно независимо управлять , но и так называемое непрямое обжатие капсулы рис. Лазеры не светят прямо на поверхность капсулы, они освещают внутренность маленькой, сантиметрового размера, цилиндрической камеры, в центре которой находится слоистая капсула с топливом рис. Попадая на стенки камеры, лазерная вспышка резко ее испаряет и нагревает получившуюся плазму до 3 млн градусов. Плазма начинает светиться в рентгеновском диапазоне, и уже это рентгеновское излучение давит на капсулу. Такая схема работы позволяет получить более равномерное обжатие, а также позволяет избежать слишком быстрого испарения внешней оболочки капсулы. Центральная камера сантиметрового размера, внутри которой помещается капсула с топливом. Конечно, последствия термоядерной реакции были замечены, но эта реакция была слабоватой. Даже если сравнивать выделившуюся энергию с той энергией, которая непосредственно поглощается топливом, то выход тут до недавнего времени составлял от силы 20—30 процентов рис.
Таким образом, NIF долгое время не удавалось даже достичь первой цели из приведенного выше списка. Результаты работы NIF за последние два с половиной года. По горизонтали отмечены отдельные лазерные «выстрелы» шестизначный номер кодирует год-месяц-день выстрела и для каждого выстрела показаны три величины: энергия, поглощенная топливом черная отметка , энергия, выделившаяся в термоядерном синтезе за счет сжатия синяя колонка , дополнительная термоядерная энергия, связанная с саморазогревом топлива альфа-частицами красная колонка. Полная высота колонки показывает всю термоядерную энергию, выделившуюся при выстреле. Правая часть гистограммы, отмеченная как «high foot», отвечает новому режиму сжатия капсулы. Вставка показывает распределение выстрелов на диаграмме двух величин: по горизонтали обобщенный критерий Лоусона GLC единица соответствует полноценному запуску реакции , по вертикали — доля нейтронного потока, вызванного разогревом альфа-частицами, по сравнению с прямым сжатием. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Вообще, надо сказать, что работает NIF очень неторопливо — два-три лазерных «выстрела» в месяц. Это и неудивительно: каждый выстрел уничтожает камеру с капсулой и требуется определенное время на ее установку, накопление энергии и подготовку нового выстрела. Из-за этой неторопливости и дороговизны всей установки к концу 2012 года сложилась угрожающая ситуация — руководству NIF пришлось даже отчитываться перед Конгрессом США о целесообразности продолжения этих исследований. Действительно, несколько десятков попыток в течение 2011—2012 годов не привели ни к какому улучшению, а вся работа NIF выглядела топтанием на месте.
Тем ценнее то, что удалось в NIF реализовать в 2013 году. Исследователи научились эффективно применять новую схему управления лазерными лучами. Во-первых, они задавали определенный временной профиль мощности лазерного импульса, а во-вторых, они независимо настраивали частоту разных лазерных лучей, попадающих в камеру под разными углами.
Энергия 5—10 МДж является достаточно высокой, поэтому ищутся возможности снижения энергии драйвера и, следовательно, мощности термоядерного импульса. Это можно сделать в режиме быстрого зажигания fast ignition.
В этом режиме первичной порцией энергии драйвера термоядерная область сжимается до высоких плотностей при сравнительно низкой температуре ионов. На второй стадии часть термоядерного горючего разогревается за короткое время мощным импульсом ионным или лазерным. В разогретой части горючего инициируется термоядерное горение, которое далее должно распространиться на все термоядерное горючее. В экспериментах по отработке технологии получения предварительно подогретой плазмы зарегистрирован рекордный нейтронный выход за импульс 5. На установке "Каскад" продемонстрирована принципиальная возможность получения долгоживущей плазмы в камерах МАГО.
По сравнению со стационарными системами в МАГО в силу импульсного характера ее работы опасны не все неустойчивости, а только быстро растущие. Недостатком системы МАГО является высокая чувствительность к примесям тяжелых химических элементов, источником которых может быть вещество, смываемое со стенок камеры, и изолятор, испаряющийся на входе в камеру. Создание системы МАГО не требует дорогостоящих накопителей энергии.
До этого все подобные эксперименты всегда характеризовались затратами, превышающими полученную энергию. Официального объявления ещё не было. Ожидается, что это будет сделано завтра. Если учёным действительно удалось провести реакцию ядерного синтеза с указанными выше условиями, это сулит революцию в энергетике.
Перебирая домашний архив, я обнаружил грамоту более, чем 40-летней давности, которую в свое время вручили моему деду за вклад в автоматизацию экспериментов на токамаках ФТИ, где я сейчас работаю! Так что, в науку я попал неслучайно В школе я любил алгебру, геометрию и физику. С девятого класса я учился в специализированном лицее с физико-математическим уклоном. А потом поступил на кафедру экспериментальной ядерной физики в Политехнический тогда еще институт в Санкт-Петербурге. Преддипломную практику я проходил на токамаке «Глобус-М» в Физико-техническом институте им. Иоффе в группе лазерной диагностики плазмы.
FT: американцы добились прироста чистой энергии в термоядерном синтезе и совершили прорыв
Наиболее распространенная конструкция термоядерных реакторов — токамаков — работает за счет перегрева плазмы. Термоядерным реакторам требуются температуры во много раз выше, чем на Солнце, потому что они должны работать при гораздо более низком давлении. Разогреть плазму несложно, но пока не получается найти способ долго удержать ее, чтобы она не прожигала стенки реактора, не нарушая при этом процесс термоядерного синтеза.
Ожидается, что это будет сделано завтра. Если учёным действительно удалось провести реакцию ядерного синтеза с указанными выше условиями, это сулит революцию в энергетике. Проект National Ignition Facility, специалисты которого и добились успеха, использует метод так называемого «термоядерного инерционного синтеза». На практике американские учёные стреляют гранулами, содержащими водородное топливо, в пучок из почти 200 лазеров, создавая серию чрезвычайно быстрых повторяющихся взрывов со скоростью 50 раз в секунду.
В ТГУ сделали шаг к поиску способов повышения энергоэффективности термоядерного синтеза 4. Ученый физического факультета Томского госуниверситета Михаил Егоров выясняет, для каких реакций и при каких энергиях и температурах выделяющаяся полезная энергия может превышать энергетические потери, связанные с движением заряженных частиц.
Минобрнауки России 1 002 подписчика Подписаться Бесконечная энергия, без вреда для природы и почти даром!
Звучит как фантастика, но это новая реальность! Глеб Курскиев: — В детстве я мечтал стать мореплавателем или космонавтом, и еще — исследователем. И, в какой-то степени, мечту осуществил!
Когда я был маленьким, главным примером для меня был мой дедушка, заведующий лабораторией в Ленинградском ЦКТИ. Когда мне еще не было 6 лет, он рассказывал мне все об устройстве окружающих вещей от двигателя внутреннего сгорания до ядерного реактора!
Самая грандиозная научная стройка современности. Как во Франции строят термоядерный реактор ITER
Но достижение американцев действительно весьма важное в физике экстремального состояния вещества. На основе принципа токамака строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции. Этот плазменный шнур удерживается должен удерживаться! Для сравнения: температура газа внутри Солнца — 15 млн градусов. Сам принцип удержания миллионноградусного плазменного шнура в магнитном поле предложен еще в 50-х годах прошлого века выдающимися советскими учеными, академиками Игорем Таммом и Андреем Сахаровым. Может быть, это удастся вам сделать». Ни у нас в стране, ни где-либо еще.
В 2020 году на китайском токамаке EAST ученым из Поднебесной удалось удержать 100-миллионноградусный плазменный шнур в течение 100 секунд. Затем сработала аварийная защита. Установка NIF принципиально отличается он токамаков. Термоядерная реакция протекает за миллионные доли секунды при сжатии термоядерного топлива в виде шариков размером с маковое зерно — смеси из трития и дейтерия. Для сжатия используют мощные лазеры. Этот принцип создания и поддержания управляемой термоядерной реакции поэтому и называется лазерный термояд; или — инерциальный.
Термояд по капле «Это историческое достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свои карьеры тому, чтобы увидеть, как термоядерный синтез становится реальностью, и это достижение, несомненно, повлечет за собой новые открытия», — заявила министр энергетики США Дженнифер Грэнхолм. Рекордный эксперимент обошелся американскому налогоплательщику в 3,5 млрд долл. Почему так дорого? Сердце реактора NIF — 192 мощных лазера, которые одновременно направляются на миллиметровую сферическую мишень около 150 микрограммов термоядерного топлива — смесь дейтерия и трития; возможно, в дальнейшем радиоактивный тритий можно будет заменить легким изотопом гелия-3, которого так много на Луне. Температура мишени достигает в результате 100 млн градусов, при этом давление внутри шарика в 100 млрд раз превышает давление земной атмосферы. То есть условия в центре мишени сравнимы с условиями внутри Солнца.
Энергия самого лазерного луча при этом составляет около 1 МДж. Представьте теперь цепочку падающих в лазерное перекрестье шариков с компонентами термоядерного топлива фактически миниатюрных водородных микробомбочек. И, соответственно, непрерывную цепочку микровзрывов… Даже сложно вообразить, как физикам удалось достичь синхронности работы этих лазеров и идеально равномерного обжатия мишени!
На топливо, состоящее из редких разновидностей водорода дейтерий и тритий , в сфере размером с пулю для пневматического пистолета со всех сторон направили 192 лазера. Энергия «на входе» составила 2,05 МДж, а «на выходе» более чем в полтора раза больше — 3,15 МДж. При этом лазеры выдали на топливо мощность, равную 2,05 МДж.
Конечная реакция произвела 3,15 МДж, предыдущий результат — 1,3 МДж. То есть, именно с точки зрения физики, это действительно успех, получили энергии больше, чем затратили.
Плазма просто так долго держаться не может, ее различными методами дополнительно нагревают», - пояснил суть работы устройства ученый. Установка EAST - это полноценный сверхпроводящий экспериментальный термоядерный токамак, который, по словам Артемьева, как и строящийся во Франции токамак Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР являются важными шагами к построению установки DEMO. По проекту, электростанция будет запущена в конце 2040-х годов и станет переходным звеном между ITER и первыми коммерческими термоядерными реакторами.
Конечной целью проекта является создание почти безгранично чистой энергии, имитирующей естественные реакции, происходящие внутри звезд.
Страна готовится к запуску большой программы развития термоядерной энергетики. В связи с этим хотелось бы понять, на какие типы реакторов сейчас делают ставку ученые во всем мире и в России. В отличие от ядерной энергетики, которую человечество «приручило» для мирных целей всего через пять лет после создания и испытания ядерной бомбы, термояд — аналог солнечных реакций — оказался не так прост. Со времени взрыва первой водородной термоядерной бомбы в 1953 году прошло уже 68!
Не получается у людей «зажечь» свое земное «солнце», чтобы питало бесплатной энергетикой весь мир. Ходят, конечно, разговоры, что это просто невыгодно нефтяным магнатам — вот термоядерные технологии и не продвигаются вперед. Но отбросим конспирологию. Тем более что ископаемых запасов углеводородов осталось менее чем на полвека, а потому, как ни крути, надо доводить до ума мирный атом. Как объединить необъединяемое Если в ядерных реакциях ядрам урана, плутония, тория выгодней распадаться для запуска цепной взрывной реакции, то при термоядерном варианте, наоборот, балом правит реакция объединения легких ядер изотопов водорода, гелия и бора.
Зачем нам вообще понадобилась термоядерная энергия, если у нас есть уже атомные станции, работающие на принципе распада ядерного вещества? Во-первых, термоядерный синтез более безопасный, во-вторых, перспективный — на земле неисчерпаемые запасы дейтерия, который можно бесконечно добывать в Мировом океане. Классическая термоядерная реакция происходит следующим образом: берется ядро дейтерия изотоп водорода, состоящий из 1 протона и 1 нейтрона и ядро трития 1 протон и 2 нейтрона. Оба положительно заряжены и друг от друга, естественно, отталкиваются. Но физики народ упрямый — им надо во что бы то ни стало их объединить, принудительно разогнать до сверхскоростей при высочайшей температуре и сблизить настолько, чтобы было преодолено электростатическое отталкивание.
Тогда и возникнет ядерная реакция с выделением энергии. Атомы трития и дейтерия ионизируются и образуют плазму, которую до определенного времени нужно поддерживать в активном состоянии при очень высоких температурах, измеряемых в сотнях миллионов градусов, а в идеале прийти к тому, что реакция будет энергетически поддерживать саму себя. Цель — получить «положительный выход», чтобы выделившейся энергии в итоге оказалось больше, чем вы получили от розетки на разогрев той самой плазмы. Реактор должен дать больше, чем взял. И этого до сих пор, за десятки лет работы ядерщиков, не достиг еще никто ни в одной стране мира.
Токамак или дырка от бублика? Ученые постоянно находятся в поиске. Возьмем, к примеру, изобретенный в России самый традиционный способ получения плазмы — в устройстве под названием токамак тороидальная, или бубликообразная, камера с магнитными катушками. Кстати, слово «токамак» — это один из немногих русизмов, уже вошедший в обиход ученых всего мира. Плазма в этом реакторе удерживается в торе магнитным полем, не контактируя с материальной стенкой.
По принципу токамака с начала 90-х годов прошлого века создается самый большой термоядерный реактор в мире — IТER. Огромное площадью около 1 квадратного километра сооружение на окраине французского города Кадараш стоит почти 20 миллиардов долларов. Россия вносит 10 процентов от этой суммы, но не деньгами.
Российский инженер рассказала о значении термоядерного прорыва американских ученых
В заключение можно отметить тот факт, что первая атомная электростанция была введена в эксплуатацию в городе Обнинск в 1954 году, а пуск первого токамака произведен также в 1954 году в ИАЭ им. Но это была экспериментальная установка и все последующие, включая ITER, — также экспериментальные установки типа токамак. Беседу вела Ирина Татевосян 2018 год Тем временем в Китае 30. Он может стать первым реактором ядерного синтеза, генерирующим достаточно энергии для производства электричества.
По словам одного из ведущих ученых, Китай сможет производить электроэнергию с помощью предлагаемого "искусственного солнца" уже через десять лет, если проект получит окончательное одобрение правительства. Строительство реактора ядерного синтеза может быть завершено к началу 2030х годов, если официальный Пекин даст добро, сказал профессор Сонг Юнтао сотрудникам средств массовой информации на конференции по контролю за выбросами углерода в Пекине в воскресенье. Китайский испытательный реактор Fusion Engineering Технология термоядерного синтеза, также известная как искусственное солнце, может обеспечить бесконечный запас чистой энергии, имитируя процесс ядерного синтеза на солнце, хотя технические сложности значительны, и попытки международного сообщества разработать данную технологию столкнулись с трудностями и растущими затратами.
Руководство страны попросило ученых провести подготовительные работы по созданию Китайского испытательного реактора термоядерного синтеза CFETR , включая проектирование и строительство крупного испытательного центра в городе Хэфэй. Но Сонг, директор Института физики плазмы в Хэфэе, сообщил Beijing News, что окончательное разрешение еще не получено. Цель этого проекта заключается в том, чтобы CFETR стал первой установкой, вырабатывающей электроэнергию за счет тепла термоядерного синтеза.
Для этого необходимо контролировать работу экстремально горячего газа - водорода, температура которого в реакторе должна достигать 100 миллионов градусов Цельсия 180 миллионов по Фаренгейту или даже превышать их. Фото: Синьхуа На первом этапе работы реактор рассчитан на получение стабилизированного выхода мощности - необходимой для выработки электроэнергии - в 200 мегаватт, что примерно соответствует мощности небольшой угольной электростанции. Китайский термоядерный реактор, вероятно, не будет первым в мире: строительство Международного термоядерного экспериментального реактора ITER на юге Франции почти завершено, и он может быть запущен к 2025 году.
Но после многочисленных задержек с момента начала строительства в 2007 году ИТЭР стал самым дорогим международным научным проектом в истории, который обойдется странам-участницам, включая Китай, в сумму от 45 до 65 миллиардов долларов США. И хотя он впервые воплотит в жизнь идею искусственного солнца, вырабатываемое им количество тепла не может быть устойчивым, чтобы генерировать достаточно энергии для производства электричества, как это делает китайский реактор. Сонг сказал, что Китай и другие страны оказывают содействие и следят за прогрессом во Франции, используя знания и технологии, разработанные для ITER, для совершенствования своих собственных проектов термоядерных реакторов - гонка за их разработку разгорается.
Китайские исследования в области термоядерного синтеза изначально проводились с использованием российского оборудования и технологий, но в последние годы, по словам Сонга, Китай занял лидирующие позиции в этой области. В мае на моделирующем устройстве в Хэфэе была создана горящая плазма с температурой 150 миллионов градусов Цельсия, которая поддерживалась на стабильном уровне более 100 секунд, что является мировым рекордом. Ученые удерживали горячий газ, который был чрезвычайно непредсказуем и мог разрушить все, чего бы он ни коснулся, с помощью сверхсильного магнитного поля, созданного на основе сверхпроводников.
Сонг сказал, что следующей целью китайского проекта будет увеличение продолжительности горения до 400, а затем до 1 000 секунд. По словам Сонга, эта разработка принесла положительные результаты и в других отраслях. Благодаря достижениям в исследованиях термоядерного синтеза, китайские производственные мощности по выпуску сверхпроводящих материалов увеличились в 10 000 раз, отметил он.
Сверхпроводниковая продукция необходима в самых разных отраслях, от транспорта до медицинского оборудования, и рост производства позволяет значительно снизить ее цену. Китайское правительство планирует начать массовое строительство термоядерных электростанций до 2060 года - крайнего срока для достижения поставленной страной цели по обеспечению углеродной нейтральности окружающей среды. В Британии 24.
Утверждается, что технология приведёт к коммерчески выгодным компактным термоядерным реакторам и намного эффективнее альтернативных систем. Демонстрация установки состоится в 2022 году, а коммерческое распространение ожидается к 2030 году. Компания Tokamak Energy на государственные субсидии и частные инвестиции планомерно совершенствует сферические токамаки.
Проведённые с тех пор модернизации позволяют поднять температуру плазмы до рекордных для такого малыша значений. Внутри токамака разогретая плазма удерживается сильнейшим магнитным полем, поэтому роль магнитов сложно переоценить. Особенно важны параметры магнитов для сферических токамаков с небольшим по объёму соленоидом по центру.
Компания Tokamak Energy делает ставку на высокотемпературные сверхпроводящие магниты и технологии масштабирования магнитов. Чем сильнее магнит в меньшем исполнении, тем меньше размеры рабочей камеры реактора, и здесь на передний план выходит защита сверхпроводящих магнитов от повреждений плазмой. По словам Tokamak Energy, они разработали не имеющую аналогов технологию защиты сверхпроводящих магнитов и готовятся создать установку с её использованием.
Запуск установки с новой обвязкой сверхпроводящими магнитами запланирован на следующий год. Это не приведёт к мгновенному решению вопроса, но мало-помалу продвинет разработчиков к желанной цели — к созданию компактных термоядерных реакторов. В США 10.
В Китае уже утвержден проект постройки нового испытательного реактора следующего поколения Fusion Engineering. Воспроизвести процессы, идущие в сердцах звезд, — непростая задача. Наиболее распространенная конструкция термоядерных реакторов — токамаков — работает за счет перегрева плазмы. Термоядерным реакторам требуются температуры во много раз выше, чем на Солнце, потому что они должны работать при гораздо более низком давлении.
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. Однако есть и опасность — если теплоноситель всё-таки закипит, пузырьки пара увеличатся в размерах, резко снизив теплоотвод. Для контроля за состоянием теплоносителя на ITER установлены акустические датчики. По шуму, который создают пузырьки в трубопроводах, будет оцениваться режим, в котором находится теплоноситель. Системы нагрева плазмы[ править править код ] Для того, чтобы ядра трития вступили в реакцию слияния с ядрами дейтерия, они должны преодолеть взаимное электростатическое отталкивание — кулоновский барьер. При такой высокой температуре кинетическая энергия ядер становится достаточной, чтобы кулоновский барьер был преодолён и термоядерная реакция «зажглась».
Однако за год ученые так и не смогли повторить эксперимент. В четырех аналогичных опытах удалось получить только примерно половину от энергии, полученной в первоначальном успешном эксперименте. Физики будут продолжать свои эксперименты, чтобы снова воссоздать самоподдерживающийся термоядерный синтез. Поделиться: Подписывайтесь на «Газету.