В ТГУ сделали шаг к поиску способов повышения энергоэффективности термоядерного синтеза
Термоядерный синтез практически неисчерпаемый, но пока еще не контролируемый источник энергии. 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. С использованием точных методов квантовой механики он вычислит сечения наиболее интересных с прикладной точки зрения термоядерных реакций синтеза. На основе найденных величин можно будет рассчитать кинетику ядерных превращений для расчета коэффициента полезного действия (КПД) конкретной энергетической термоядерной или гибридной ядерной установки. Результаты исследования помогут развитию энергоэффективной термоядерной энергетики.
Индивидуальный проект «Малочастичная динамика ядерных реакций» поддержан Фондом развития теоретической физики и математики «БАЗИС», срок реализации проекта – три года. Молодой ученый, доцент кафедры квантовой теории поля физического факультета Томского госуниверситета Михаил Егоров выясняет возможность и величину увеличения выхода термоядерных реакций в условиях мезонного катализа при сравнительно низких энергиях и температурах. Известное под мезонным катализом явление снижения кулоновского отталкивания сталкивающихся в плазме положительно заряженных ядер за счет присутствия в зоне взаимодействия отрицательно заряженных сравнительно долгоживущих частиц-мезонов позволяет по-новому взглянуть на перспективы термоядерной энергетики.
Энергоэффективная термоядерная энергетика находится пока в стадии формирования, объясняет ученый ТГУ. В отличие от классического термоядерного синтеза, мезонный катализ, проходящий в присутствии отрицательно заряженных мюонов или пионов, облегчает слияние ядер и происходит уже при сравнительно низкой температуре. Такие катализированные реакции могут играть роль начального драйвера для всей энергетической установки, кинетика ядерных превращений в которой обеспечивает затем положительный энергетический баланс при соблюдении ряда условий.
Проект физика-теоретика ТГУ направлен на решение одной из основополагающих задач выяснения режима работы перспективных энергетических установок путем прямого расчета вероятностей протекания катализированных реакций синтеза.
«На сегодняшний день расчета сечений катализируемых реакций ядерного синтеза и их скорости нет и в целом эти сечения мало изучены. Исследователи мюонного катализа, как правило, концентрируют внимание на проблеме образования мюонных атомов и молекул, полагая, что после этого термоядерный синтез будет происходить мгновенно из связанных атомных состояний. Если мы выясним, что мезонный катализ термоядерных реакций начинается раньше заметного замедления мюонов (или мезонов) в плазме или что некоторые реакции могут давать энергоемкий вклад уже при низких температурах, то сможем существенно дополнить картину того, что собой должна представлять перспективная термоядерная энергетика», – добавляет Михаил Егоров.
Для заявленных вычислений необходимо применение целого ряда методов квантовой теории рассеяния, в том числе решение уравнений Фаддеева, описывающих динамику нескольких тел, взаимодействующих посредством потенциалов различной природы.
«Это метод называют «математической лабораторией», когда строго выверенная математическая конструкция помогает решить физическую задачу без необходимости введения свободных параметров. В моем случае требуется провести расчет сечений ядерных реакций, в зоне взаимодействия которых находятся три частицы, – поясняет физик ТГУ.
«Моя задача как физика-теоретика сводится к воспроизведению всех особенностей такой малочастичной динамики; учету изменения сортов частиц: сталкиваются одни ядра, а образуются совсем другие; корректному учету дальнодействующего кулоновского взаимодействия. Формализм решения интегральных и дифференциальных уравнений Фаддеева позволяет это делать естественным образом».
У Михаила Егорова уже есть опыт проведения подобных расчетов на фундаментальном и прикладном уровне с помощью развиваемых математических методов: научным заделом стала его работа по созданию инструмента поиска связанных состояний в трехчастичных системах. Этот теоретико-вычислительный инструмент прошел апробацию в задачах электромагнитного образования мезонов с последующим их взаимодействием в конечном состоянии с ядром мишенью (Physical Review C, Q1) и в задачах поиска связанных состояний («Ядерная физика»).
На первом этапе проекта исследователь выбрал оптимальную стратегию численного счета для задачи на собственные значения в системе трех тел. Затем освоил двухпотенциальный метод точного учета кулоновского взаимодействия в паре сильно взаимодействующих частиц. Далее ученый движется по плану последовательного численного решения искомой задачи рассеяния трех тел с появлением новых сортов частиц. На заключительном этапе физик сравнит рассчитанные скорости катализируемых процессов со скоростью тормозных потерь движущихся в плазме заряженных частиц.
Фонд развития теоретической физики и математики «БАЗИС» функционирует с 2016 года в целях поддержки фундаментальной физики и математики в России. Грантовый конкурс PostDoc призван поддержать талантливых молодых кандидатов наук и способствовать повышению научного уровня и актуальности их исследований.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
Сверхпроводимость очень чувствительна к внутренней организации материала, в котором проявляется. Чтобы уговорить эту «птицу счастья» стабильно работать, физики тщательно следят практически за каждым атомом в сверхпроводниках и всеми воздействиями электромагнитных полей. Ученые могут контролировать хаотичные процессы в материалах, но могут их и использовать.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно