Прислала
Нелли Шестопалова
Фото: СО РАН
Новосибирским физикам впервые в мире удалось разогреть плазму до рекордной температуры 4,5 млн градусов и удержать ее в магнитном поле в течение 10 мс. Это открывает новые возможности для создания термоядерного реактора, который решит экологические и энергетические проблемы человечества.
4,5 млн градусов – до такой температуры удалось разогреть плазму сотрудникам Института ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН. Плазму рекордной температуры для магнитных ловушек открытого типа новосибирским ученым удалось получить первыми в мире. Этот результат позволяет проложить дорогу к созданию источника нейтронов высокой мощности, а значит, открывает принципиально новые перспективы для создания термоядерного реактора.
Получив температуру 400 эВ, или иначе 4,5 млн градусов, мы можем говорить о возможности создания очень мощного электронного генератора. По своим параметрам он будет эквивалентен большому токамаку, разрабатывающемуся сейчас в рамках международного проекта ITER. В ближайшей перспективе мы рассчитываем добиться увеличения температуры еще примерно в полтора раза.
Рекордный результат достигнут на установке, которая называется «газодинамической ловушкой» и используется для удержания раскаленной плазмы в магнитном поле.
Для того чтобы создать эффективный термоядерный реактор, необходимо научиться удерживать разогретую плазму примерно в течение секунды. Время удержания напрямую зависит от электронной температуры. Чем она выше, тем дольше удается удерживать плазму. Поэтому тот факт, что удалось получить рекордно горячую плазму и удержать ее в течение 10 мс, — это огромный шаг вперед. Этого времени хватает, чтобы система могла быть использована как источник управления гибридными реакторами.
Прислала
Нелли Шестопалова
Фото: СО РАН
Наш институт развивает направление открытых ловушек. У них есть целый ряд преимуществ перед токамаком (установка для удержания плазмы). У таких ловушек более простая конструкция. Их использование позволяет снять ряд ограничений, добиться высокого давления плазмы. Однако долгое время все сомневались, удастся ли достичь в подобных системах действительно высокой температуры, поскольку ключевым здесь является контакт между плазмой и стенками. Нам удалось найти режимы, при которых этот контакт крайне слаб, и, таким образом, найти путь к решению проблемы.
Ранее нужных параметров плазмы в открытых ловушках достичь не удавалось, и пару десятков лет назад работы в этом направлении были свернуты. Но теперь новосибирские ученые добавили к газодинамической ловушке мощный источник СВЧ-излучения — гиротрон. Это и позволило добиться рекордно высокой температуры плазмы при 10 мс ее удержания. Этого уже достаточно, чтобы запустить реакцию термоядерного синтеза. В ближайшее время физики намерены добавить к установке еще один гиротрон, что, как ожидается, позволит поднять температуру плазмы в полтора-два раза.
Газодинамическая ловушка, созданная в Новосибирске, может стать не только ключевым элементом будущего термоядерного реактора. У нее есть и самостоятельная ценность. Ее можно использовать в качестве нейтронного источника, то есть термоядерного реактора с относительно низким КПД. Поток нейтронов, создаваемый такой установкой, будет иметь рекордное значение по мощности — 1 МВт на кв. метр. Именно столько, по расчетам, должно быть внутри первого действующего токамака ITER, который сейчас строится во Франции.
Видео
Передача о термоядерном синтезе
Видео: NTDRussian на YouTube
Еще одно перспективное ее применение — утилизация долгоживущих радиоактивных отходов. Такая ловушка может работать, используя отработанное ядерное топливо, и сжигать его до остатков, которые имеют короткий период жизни. Это упростит утилизацию ядерных отходов и поможет снизить риски от их хранения.
Однако наибольшее значение работа новосибирских физиков имеет именно для создания эффективного термоядерного реактора. Это задача более чем актуальна, учитывая растущую мировую потребность в энергии и одновременное ухудшение экологической ситуации из-за ее производства. По оценкам Международного агентства по энергетике, уже сейчас 1,5 млрд человек испытывают острый дефицит энергии. А по данным ООН, более 65% населения земного шара живет в неблагоприятных экологических условиях.
— На сегодняшний день около 80% потребляемой человечеством энергии получают за счет сжигания невозобновляемых ресурсов, природного топлива — нефти, угля и газа. Во-первых, они неизбежно закончатся, причем, вероятнее всего, раньше, чем ожидается. Во-вторых, это, мягко говоря, не самые выгодные источники энергии с экологической точки зрения, основная причина экологического кризиса. Использование атомной энергии тоже выходом не назовешь. Запасы урана, необходимого для работы АЭС, также скоро закончатся, по оценкам экспертов — уже через 50 лет. И конечно же, атомные электростанции создают проблему хранения и утилизации радиоактивных отходов. Не лучший подарок для экологии планеты. Создание термоядерного реактора станет решением проблемы. Он будет работать на водороде и литии, запасы которых неистощимы. И будет в разы безопаснее для экологии. Не нужно будет утилизировать отходы или создавать многометровую биологическую защиту реактора. И, что самое главное, термоядерный реактор никогда не взорвется. Трагедия, подобная Чернобыльской, не повторится. Даже если плазма, нагретая до нескольких миллионов градусов, коснется стенок удерживающей камеры, ничего страшного не случится. Плазма просто перестанет существовать. Поэтому с точки зрения экологов термоядерная энергетика должна полностью заменить ядерную.
Даже если произойдет землетрясение, то на термоядерной электростанции не произойдет аварии, подобной катастрофе на Фукусиме. Любой сбой в ходе реакции приведет лишь к тому, что она угаснет.
Термоядерный реактор будет производить энергию, используя небольшое количество очень распространенных в природе веществ, не производя радиоактивных отходов. Он будет безопаснее, поскольку его работа основана не на расщеплении ядер водорода, а на их слиянии. Аналогичный термоядерный синтез происходит на солнце и других звездах.
— При использовании технологии термоядерного синтеза образуется побочный продукт — гелий. Однако он не становится радиоактивным. Это серьезное преимущество по сравнению с технологией цепной ядерной реакции, используемой в АЭС. С экономической точки зрения важно, что для работы термоядерного реактора не нужен редкий и дорогой уран. Вместо него используются дейтерий и литий. Дейтерий, то есть устойчивый изотоп водорода, очень просто получить из воды. Литий широко распространен, его легко добываемых запасов должно хватить на сотни лет. Даже если его запасы когда-нибудь иссякнут, его можно будет получать из той же воды. Он содержится в воде в достаточно высокой концентрации, чтобы его было экономически целесообразно добывать. К тому же лития для реакции термоядерного синтеза требуется совсем немного. Для того чтобы получить количество энергии, вырабатывающееся при сжигании 70 т угля, достаточно будет такого количества лития, которое содержится в обычной батарейке.
Экономические и экологические параметры термоядерных реакторов делают их ключевым элементом энергетической эволюции будущего.
Прислал
Артем Карпенко
Отечественная наука еще может многое открыть и показать всему миру свои достижения.
Прислал
анатолий кульбацкий
Получение высоких температур в термоядерном реакторе, осуществляется путем удержания плазмы в магнитном поле,для создания которого потребуются и мощные источники энергии, другими словами нужен «стартер». Кроме того, нужны и преобразователи энергии(чтобы довести ее к потребителю) полученной в реакторе, в электрическую, тепловую, возможно световую, каким образом?Достигнутые результаты, безусловно впечатляют,следовательно нужно двигаться дальше, причем быстрыми темпами, потому,как говорилось ранее, известные источники энергии заканчиваются. Человечество развивается дальше, возникают новые технологии, требуются и новые, мощные источники энергии.
Александр Наумов
Артем Карпенко
Александр Истратов
анатолий кульбацкий
4 комментария к материалу. Показать отмеченные редакциейвсе