Перейти к содержимому


Фотография

В Германии Получена Первая Устойчивая Термоядерная Реакция


  • Авторизуйтесь для ответа в теме
В теме одно сообщение

#1 markizy

markizy
  • Пользователь
  • 6,091 сообщений

Отправлено 13 December 2015 - 22:05

CV3cFSjUEAAQJUb.jpg10 декабря немецкие ученые сделали огромный шаг на пути к достижению чистой и практически неиссякаемой энергии ядерного синтеза, сообщает издание Science Alert.

Немецкие ученые Института плазменной физики Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics) добились устойчивой термоядерной реакции с превышением выделяемой энергии над затраченной с помощью устройства, называемого стелларатор. Ученые говорили об огромном потенциале стеллараторов на протяжении десятилетий, но впервые смогли добиться контроля над плазмой.

Ядерный синтез происходит при соединении атомов при сверхвысоких температурах и таит в себе огромный потенциал, позволяющий производить практически неограниченное количество энергии. Аналогичные процессы происходят на Солнце последние 4,5 млрд лет, обеспечивая энергией в том числе Землю.

Если немецкие ученые смогут повторить результаты на других установках, человечество ожидает энергетическая революция, а потребность в ископаемых источниках энергии (угле, газе, нефти и т. д.) может полностью отпасть. В официальном Twitter института ученые поздравляют коллег с достигнутым результатом.

Wendelstein 7-x stellarator

В недрах большого исследовательского комплекса, расположенного в Грифсвальде на северо-востоке Германии, находится новый реактор термоядерного синтеза, имеющий достаточно нетрадиционную и необычную конструкцию. Строительство этого реактора заняло порядка 15 лет.

Реактор Wendelstein 7-x stellarator был построен специалистами Института физики плазмы Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP), а все его основные и критичные узлы и компоненты были рассчитаны при помощи суперкомпьютера. Wendelstein 7-x stellarator является первым полномасштабным оптимизированным стелларатор-реактором, который создает в своей камере неоднородное магнитное поле, имеющее области с завихрениями и напоминающее перекрученную несколько раз ленту Мебиуса. Такое магнитное поле создает среду, плазма в которой, согласно расчетам, будет обладать большей стабильностью, а реакция станет более управляемой за этот счет.

20151026_1_2.jpg

Изначально конструкция стелларатор-реактора была разработана в 1951 году Лайманом Спитцером (Lyman Spitzer), ученым из Принстонского университета. Однако, в то время создание реактора такого типа было невозможным из-за ограниченного количества доступных людям материалов. Поэтому реакторы типа токамак, имеющие более простую и более технологичную конструкцию, были выбраны и использованы в качестве стендов для исследований в области ядерного синтеза.

Тем не менее, попытки создания стелларатор-реакторов, таких как Wendelstein 7-AS (Advanced Stellarator), были проведены учеными и инженерами различных стран. И лишь в последнее время, благодаря появлению суперкомпьютеров, обладающих мощностью, достаточной для проведения сложнейших расчетов, стала возможна разработка технологий, позволяющих удерживать и контролировать сверхвысокотемпературную плазму в магнитном поле сложной конфигурации.

Конструкция стелларатор-реактора создает среду, в которой плазма обладает высокой стабильностью. Ключом к этому является технология, которая позволяет избежать возникновения токов внутри плазменного шнура, потоков свободных электроном и ионов, которые создают свои собственные магнитные поля, что часто приводит разрушению магнитного поля и потере плазмой температуры в токамак-реакторах. В стелларатор-реакторе используется ряд электромагнитных катушек, которые создают закрученное магнитное поле, удерживающее плазму в центре камеры реактора. За счет некоторых физических эффектов, возникающих при взаимодействии плазмы и такого магнитного поля, плазменный шнур постоянно отталкивается в сторону центра камеры, а основным эффектором этого являются магнитные поля, изменяющие свою полярность на противоположную несколько раз по всей длине плазменного шнура.

Преимущества стелларатор-реакторов по отношению к токамакам выливаются в высокую стоимость строительства таких реакторов. Кроме этого, завихрения магнитных полей, возникающих в местах "перекручивания" основного магнитного поля, являются потенциальными местами утечки, через которые множество частиц топлива могут покинуть пределы плазменного шнура и утеряны. Поэтому в конструкции реактора используется множество дополнительных катушек, поле которых "затыкает эти дыры", работа которых должна быть синхронизирована с работой катушек основных электромагнитов и которые охлаждаются жидким гелием до уровня возникновения сверхпроводимости.

stellarator_1024.jpg

В случае реактора Wendelstein 7-x stellarator используются 50 3.5-метровых секций сверхпроводящих электромагнитов, суммарный вес которых составляет 425 тонн. Это делает процесс монтажа и наладки реактора чрезвычайно сложным и кропотливым занятием. А перекачка большого количества жидкого гелия в количествах, необходимых для поддержания температуры обмоток близкой к абсолютному нулю, является "самым большим кошмаром для любого водопроводчика". Необходимость наличия портов для ввода топлива, вывода отработанного материала и массы точек для ввода в камеру всевозможных датчиков и контролирующих устройств, является причиной еще большего усложнения конструкции и стоимости реактора.

 И в заключении следует отметить, что на строительство нового стелларатор-реактора было потрачено чуть больше миллиарда евро, а количество трудовых затрат превысило 1 миллион человеко-часов.

Первый этап в ближайшие полгода не будет включать какой-то научной программы, речь идет исключительно о проверке машины. Это будут запуски длительностью меньше секунды с 1 или 2 мегаваттами ECRH подогрева, сначала на гелиевой, потом на водородной плазме. После полугода испытаний машина уйдет на исправление выявленных косяков и установку неохлаждаемого дивертора. Затем последует годичная, уже научная, программа с водородной плазмой высокой мощности длительностью до 10 секунд. После этого дивертор переобуют на охлаждаемую версию, и наконец начнется главное, включая 16 мегаваттные D+D раны длительностью до получаса.


  • 2

#2 markizy

markizy
  • Пользователь
  • 6,091 сообщений

Отправлено 10 December 2017 - 18:48

Термоядерный реактор ITER готов наполовину
10 декабря, 2017 - 14:56

44028.jpg

 

Международный экспериментальный термоядерный реактор, который начали строить на юге Франции в 2007 году, наполовину готов. Можно надеяться, что, несмотря на все сложности, первая плазма будет получена в 2025 году, пишет Guardian.

 

Цель проекта ITER — водородный синтез, управляемый большими сверхпроводящими магнитами, в результате которого будет вырабатываться тепло, приводящее в движение турбины (так же, как это происходит в обычной угольной или газовой ТЭС). Полученная энергия будет чистой и дешевой, если удастся наладить ее промышленное производство. К примеру, по словам специалистов ITER, водорода в объеме равном ананасу, хватит на то, чтобы выработать столько же энергии, сколько получается из 10 000 тонн угля.

 

Генеральный директор ITER Бернар Биго заявил, что завершение половины проекта означает, что после ряда трудностей реактор и вся необходимая инфраструктура все-таки будут достроены. Как выяснилось в 2013 году, проект, на реализацию которого выделили финансирование ЕС, Япония, США, Россия, Китай, Индия и Южная Корея, столкнулся с проблемами организационного характера. Для их разрешения и был назначен Биго.

 

Проект ITER считается наиболее сложным научно-техническим сооружением в истории человечества. Для его запуска требуется разогреть плазму до температуры 150 млн градусов Цельсия — это в 10 раз горячее, чем в ядре Солнца. Магниты токамака, охлажденные до −269 градусов Цельсия, будут удерживать ее от контакта со стенками реактора. Даже 50-процентная готовность проекта — уже большое достижение, которое свидетельствует о том, что остальная часть технически осуществима, считает Биго. Он уверен, что сможет преодолеть и политические затруднения, и первая плазма будет получена в декабре 2025 года.

 

Термоядерным синтезом занимается и компания Google Research совместно с Tri Alpha Energy. Вместе они разрабатывают компьютерный алгоритм, который должен значительно ускорить эксперименты с плазмой.


  • 1