Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения — Naked Science
31 марта
РНФ
10

Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения

5.2

Российские ученые впервые в мире изучили, как удерживается энергия термоядерной плазмы в сферическом токамаке нового поколения. Оказалось, что токамак Глобус-М2 эффективно использует магнитное поле и многократно превосходит установки предыдущего поколения. От этого параметра зависят показатели выработки энергии и экономическая производительность термоядерного реактора. Такие установки позволят снизить стоимость термоядерного реактора-токамака (такого, как ИТЭР, который сейчас строят во Франции) и быстрее внедрить технологии управляемого термоядерного синтеза в энергетику, подарив человечеству еще один альтернативный источник энергии.

Токамак Глобус-М2 с подключенными источниками дополнительного нагрева. Вид сверху / ©Глеб Курскиев / ФТИ РАН

Исследование проведено при поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Nuclear Fusion. «Эксперименты показали, что в токамаке Глобус-М2 устойчивость плазмы выше, возрастают давление и эффективность использования магнитного поля. Благодаря этому растет экономическая производительность реактора. Исследования плазмы на Глобус-М2 проводятся при температуре выше 10 миллионов градусов, и в этих условиях получена рекордная для компактных сферических токамаков плотность плазмы.

По сравнению с установкой предыдущего поколения — токамаком Глобус-М, — температура плазмы возросла вчетверо, а эффективность удержания — втрое. Как результат — десятикратное увеличение так называемого тройного произведения — основного критерия эффективности термоядерного реактора. При этом вывод установки на максимальные параметры еще предстоит осуществить в ближайшие годы», — рассказывает Глеб Курскиев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физики высокотемпературной плазмы Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе (ФТИ) РАН.

Токамак Глобус-М2 / ©Глеб Курскиев / ФТИ РАН

Термоядерный синтез считается наиболее перспективным и безопасным способом добычи энергии. Атомы легких ядер сталкиваются, чтобы образовать ядра тяжелых атомов. Проведенные за последние 40 лет исследования показали, что наиболее перспективный способ управления реакциями синтеза – использование установок типа токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой), изобретенных в СССР в 1960-е годы. Чтобы изучать реакции синтеза и отрабатывать основные принципы управления реактором, сейчас строят Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) во Франции. Он поможет продемонстрировать возможность коммерческого использования реактора.

Токамаки представляют собой тороидальную камеру (похожую на бублик) с магнитными катушками. Внутрь такой конструкции помещают газ, например изотопы водорода тритий и дейтерий, после чего нагревают до миллионов градусов Цельсия. При этом образуется газ из заряженных частиц (ионов и электронов) — плазма. Разогретые ионы сталкиваются друг с другом, благодаря чему выделяется энергия, превышающая затраченные на нагревание ресурсы. Этот избыток можно использовать потом в промышленности и энергетике. Однако из-за очень высокой температуры плазма не может удерживаться стенками токамака, поэтому в установке создается специальное магнитное поле, которое отделяет плазму от стенок и позволяет контролировать термоядерную реакцию.

Внутренняя поверхность вакуумной камеры токамака с графитовым покрытием / ©Глеб Курскиев / ФТИ РАН

Основная цель ученых – создать плазму с достаточно высоким значением тройного произведения синтеза: плотностью и температурой плазмы, а также временем удержания энергии, обозначающим, насколько хорошо тепловая энергия удерживается в плазме. Проще говоря, это критерии эффективности термоядерной реакции. К примеру, «зажигание» дейтерий-тритиевой плазмы требует очень высокого значения тройного произведения, которое в результате даст количество энергии, достаточное для запуска отдельной энергетической установки.

Но количество выработанной энергии зависит от того, насколько стабильной будет плазма в реакторе. В обычных токамаках эффективность использования магнитного поля достаточно низкая из-за возникающей магнитной неустойчивости, что приводит к высокой стоимости электромагнитной системы. В этой ситуации необходимо искать способы увеличения стабильности плазмы.

Ученые из ФТИ РАН (Санкт-Петербург) совместно с коллегами из НИИЭФА имени Д. В. Ефремова, НИЦ «Курчатовский институт», Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН, СПбГУ, СПбГПУ, МИФИ и других организаций впервые в мире провели исследования на сферическом токамаке Глобус-М2. Эта установка относится к новому поколению сферических токамаков наряду с зарубежными проектами NSTX-U (США) и MAST-U (Великобритания), запуск которых ожидается в ближайшие годы. Обычные и сферические токамаки отличаются тем, что последние сильно сжаты по оси симметрии, из-за чего внутренняя камера механизма приобретает форму шара. Ученые предположили, что новый токамак позволит улучшить удержание энергии плазмы.

Альтернативные разработки, к которым относятся и компактные сферические токамаки типа Глобус-М2, позволят снизить стоимость термоядерного реактора-токамака и быстрее внедрить технологии управляемого термоядерного синтеза в энергетику. Одно из перспективных направлений — создание гибридных систем, состоящих из сферического токамака, вырабатывающего топливо для ядерных реакторов из Урана-238 и Тория-232, и ядерного реактора, работающего на этом искусственно созданном топливе.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
12 часов назад
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

10 Комментариев

У ученых все в порядке с головой??? Что, достаточно только одной температуры, а давление не нужно? Для этого и не нужно быть "ученым", чтобы это осознать.Тем более, что ученые измерили давление в протоне , и оно оказалось 10 ^35 Паскалей.https://naked-science.ru/article/sci/fiziki-izmerili-rekordno-vysokoe Больше, чем в недрах самых крупных нейтронных звезд!
Похоже на то , как масло сливочное мужик из коровьего навоза делал, а ему под это дело деньги выделяли, и ему уже почти удалось сделать масло, по консистенции, но вот ни как не удавалось избавиться от запаха.
Энергия выделяется в результате ядерного распада. Для ядерного синтеза необходимо затрачивать энергию. Учёные ошибочно считают что энергия возникает в результате столкновения частиц между собой, или со стенками. То есть по лживой, отжившей своё МКТ, считая что энергия возникнет стоит только посильней стукать. На самом деле энергия частицы это энергия материи находящейся в пространстве атома. Эта материя может излучаться в виде фотона. Плотность материи увеличивается при нагревании из за растворения в ней захваченных фотонов. Получается что глупая, лже научное предположение влечёт за собой огромные, по напрасно затраченные средства.
" Атомы легких ядер сталкиваются, чтобы образовать ядра тяжелых атомов." Я 15 лет назад писал, что ИТЕР работать не будет! Неужели не понятно, что помимо температуры нужно еще и высокое давление???? А какое? Ученые измерили давление внутри протона, и оно оказалось 10^35 Паскалей, больше чем в недрах самых крупных нейтронных звезд https://naked-science.ru/article/sci/fiziki-izmerili-rekordno-vysokoe Как вы создадите подходящее противодавление? Кишка тонка!
03.04.2021
-
0
+
Не будет у этих учёных избыточного выделения тепла и получения коммерческой энергии. 70 лет топчутся на одном и том же месте, результат работ нулевой. Почему? Потому что теория неправильная. По правильной теории сделать термоядерный реактор с избыточным выделением тепла и получением коммерческой энергии можно за 2 года и быстрее. Предлагаю теорию бесплатно!!!!!!
    -
    0
    +
    Вы, случаем, не с astronews.ru сюда заглянули? Не вы ли там под другим никнеймом аналогичные предложения делаете?..
-
0
+
Прошлые цивилизации дровишки жгли, тростник, кизяк. Максимум - собирали сырую нефть (район Месопотамии). Даже до каменного угля не дошли. Энергии э\м поля Земли не хватит, чтобы вскипятить стакан чаю. Даже если ее собирать миллионы лет (на площади пирамиды, ессно). Пирамиды как некий мистический улучшитель всего и вся в начале перестройки начали активно пропагандировать желтые журналы еще во времена перестройки. Я тогда, как и вы сейчас, верил в мистику. Прочитал, что даже простая пирамида из бумаги улучшает например, сигареты, до уровня "Кэмел". Поверил, положил туда "Полет" без фильтра на 3 месяца. Ну и что? Он высох просто, вот и все.
-
0
+
Тоже, наверное, с astronews его сюда занесло. Там их таких альтернативщиков сейчас больше половины, и у каждого своя сверхценная идея... А всего несколько лет тому назад там был вполне приличный народ, но жалобщики и модераторы почти всех выгнали.
04.06.2021
-
0
+
Ну не зря же амеры рисуют пирамиду на долларах )) Наши тоже пробовали но звезда как магический символ похоже уступает пирамиде.
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: