Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения — Naked Science
9 минут
РНФ
9

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.
Вчера, 15:24
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Позавчера, 17:46
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

8 часов назад
4 минуты
Илья Ведмеденко

Соединенные Штаты провели имитацию применения нового гиперзвукового комплекса воздушного базирования AGM-183A. В качестве «носителя» выступил стратегический бомбардировщик B-52.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев

2 недели назад
-
0
+
" 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!
07.04.2021
-
-1
+
Управляемый термоядерный синтез никогда не будет создан человеком - это такой же тупиковый путь, как и создание вечного двигателя. Ведь у человечества никогда не будет даровой энергии, как у Солнца, чтобы поддерживать термоядерный синтез, дело в то, что на поддержание синтеза уходит больше энергии, чем получают от него на выходе.
    07.04.2021
    -
    0
    +
    Можно попробовать создать термоядерный реактор синтеза, который будет поддерживаться электромагнитным полем Земли посредством пирамиды. Прошлые цивилизации, похоже, именно так получали энергию. Суть этой энергетической системы заключается в том, что снабжение энергией и поддержка реакции термоядерного синтеза будет происходить за счет энергии электромагнитного поля Земли, которая будет генерироваться пирамидой. Попеременный энергетический импульс пирамиды будет происходить по известной схеме – 1-3-4-2, которая хорошо себя зарекомендовала в ДВС. Эта энергетическая система управляема, постоянна и бесконечно работающая. Требуется обсчитать её и проверить экспериментальным путем, а потом, собственно, и создать этот источник энергии.
    +
      ещё комментарии
        -
        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.
      4 недели назад
      -
      -1
      +
      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.
        4 недели назад
        -
        0
        +
        Пирамиды - это коммуникативные устройства, которыми, может быть пользуются и до сих пор. С помощью пирамид можно передавать информацию и перемещаться, как живым существам, так и перемещать материальные объекты, а энергию они получают напрямую из электромагнитного поля Земли. Основой всего процесса являются колебания. Пирамиды стоят на разломах тектонических плит, вот оттуда и идут энергетические импульсы, которые снабжают пирамиды энергией. На Балканах, например, есть пирамиды, которые получают энергию от вибраций подземного ручья. Прошлые цивилизации очень мудро использовали силы природы для получения энергии без сжигания угля, нефти и газа. А, так называемые, пирамидоны являются главным конструктивным элементом, который концентрирует исходящее или входящее электромагнитное поле с определенным энергетическим импульсом, которым и является или информацией или реальным энергетическим и материальным объектом. Больше того, грани пирамиды созданы, как зеркала из двух плоскостей, которые всегда в любое время способны сконцентрировать энергетический импульс. Так, в Гипербореи были пирамиды, которые таким образом создавали электромагнитный плазмоид, который освещал и грел всю Гиперборею на Северном полюсе. Правда, там они использовали джеты, которые исходят из центра Земли от термоядерного реактора синтеза.
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?..
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: