• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10 сентября
Василий Парфенов
1
4 044

На корейском токамаке опробовали новый способ создания плазмы рекордной температуры

2.5

Южнокорейские специалисты в области физики плазмы отчитались об очередном эксперименте, который провели на установке KSTAR перед ее модернизацией. Номинально — получилось повторение прежних рекордов, и для тех, кто следит за успехами в данной области достигнутые параметры не покажутся фантастическими. Но чуть более внимательное изучение отчета показывает, что это довольно интересный следующий шаг к полномасштабному коммерческому термоядерному реактору.

KSTAR повторил рекорд
Конфигурация плазмы в KSTAR при использовании режима FIRE для повышения энергии плазмы. Шкала температуры плазмы приведена в килоэлектронвольтах, 10 (желтая область) примерно равны 116 миллионам кельвинов / ©https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1

Согласно публикации в рецензируемом журнале Nature, физики из Южной Кореи смогли удерживать плазму с температурой свыше ста миллионов кельвинов более 20 секунд. Значения впечатляющие, но не рекордные. Ранее на этой же установке их уже достигали. И тогда в 2020 году это был непревзойденный результат. Но с тех пор «рукотворное солнце» в Поднебесной (китайский экспериментальный сверхпроводящий токамак, EAST) показало и более высокие температуры и удерживало их дольше.

Свежий отчет все равно заслуживает внимания. Во-первых, даже повторение уже достигнутых параметров плазмы — значимый результат. Такое получается далеко не всегда даже при строгом копировании условий предыдущего эксперимента. Во-вторых, уверенное превышение планки в 100 миллионов кельвинов — важная веха в развитии термоядерной энергетики. Такая температура плазмы считается минимально необходимой для запуска самоподдерживающейся реакции синтеза в токамаках (для других типов реакторов порог отличается). Наконец, в-третьих, условия нового эксперимента сильно отличаются от прежних и это важно.

С точки зрения удобства поддержания термоядерной реакции токамаки — не самый лучший выбор. Есть варианты установок, позволяющие управлять плазмой лучше. Однако тороидальные реакторы проще устроены и лучше изучены, так что их перспективы среди всех типов установок для управляемого термоядерного синтеза (УТС) наиболее радужные. Кроме того, по материалоемкости и объему камеры они почти оптимальны. Тем не менее, в камеру токамака можно поместить конечное количество атомов топлива. Поэтому эффективность реакции после вовлечения в нее всего объема дейтерия и трития получится поднять только наращивая температуру и как можно дольше сохраняя плазму чистой.

KSTAR повторил рекорд
Установка KSTAR / ©Korea Institute of Fusion Energy

Загрязняет ее вещество, которое испаряется или выбивается отдельными ионами из стенок вакуумной камеры реактора. Эти примеси даже в крайне незначительных количествах ухудшает качество плазмы — понижает температуру и приводит к повышенной нестабильности ее характеристик. Существует несколько методов противостояния загрязнениям плазмы. Самый распространенный в установках с магнитным удержанием — «барьер пограничного транспорта» (ETB). Фактически, он обусловлен конструкцией токамаков и выражается в том, что во внешней области жгута плазмы перемещение ионов и электронов замедляется. Получается, что до стенок вакуумной камеры кроме нейтронов почти ничего не добирается.

Альтернативный метод не столько замещает ETB, сколько дополняет его — это «барьер внутреннего транспорта» (ITB). Для его реализации требуется более тонкое управление параметрами плазмы, чтобы в центральной части области реакции ее плотность была максимальна. Тогда стенок вакуумной камеры достигает еще меньшее количество вещества. Корейский токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) использует именно ITB, причем в модифицированной его реализации. Более того, для последних экспериментов, в ходе которых удалось повторить рекорд, применялся метод FIRE — улучшение ускорения (нагрева) плазмы более точным контролем за быстрыми ионами.

Быстрыми называют те лишенные электронов ядра дейтерия и трития, которые несут большую часть энергии реакции. Хотя от общего объема вещества в реакторе их не более 5%, вклад таких ионов в энерговыделение можно смело называть решающим. Суть метода FIRE в том, что благодаря особо точному контролю за параметрами реакции, быстрые ионы собираются в самом центре жгута плазмы. Таким образом реализуется более полное применение ITB, а также повышается средняя температура вещества в токамаке.

Сейчас KSTAR проходит существенную модернизацию, чтобы ученые могли продолжить эксперименты. Проблема в том, что последний опыт пришлось остановить до того, как реактор показал максимальный результат — установка не позволяет держать горячую плазму дольше полуминуты. Причем часть этого времени тратится для выхода на рабочий режим, поэтому 100 миллионов градусов и продлились всего чуть дольше двух десятков секунд. Как только реактор снова заработает, на нем проведут повторный эксперимент для проверки метода FIRE. Уж слишком легко удалось повторить свой рекорд южнокорейским специалистам и теперь они интересуются — действительно ли они разработали новый способ повышения эффективности реакции, либо это везение.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 10:39
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

Вчера, 11:40
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

30 сентября
Василий Парфенов

В конце сентября, по не установленным пока причинам, возникли утечки на газопроводах «Северный поток». Многие издания и пользователи интернета уже подробно проанализировали (и продолжают обсуждать), каковы политические и экономические последствия этого инцидента. В свою очередь, Naked Science постарается оценить, чем обернется происшествие с точки зрения безопасности судоходства и экологии, а также есть ли шанс на восстановление подводных трубопроводов.

Позавчера, 10:39
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

30 сентября
Василий Парфенов

В конце сентября, по не установленным пока причинам, возникли утечки на газопроводах «Северный поток». Многие издания и пользователи интернета уже подробно проанализировали (и продолжают обсуждать), каковы политические и экономические последствия этого инцидента. В свою очередь, Naked Science постарается оценить, чем обернется происшествие с точки зрения безопасности судоходства и экологии, а также есть ли шанс на восстановление подводных трубопроводов.

Вчера, 11:40
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

6 сентября
Александр Березин

Нашей планете 4,5 миллиарда лет, и 539 миллионов лет на ней тянется эра «явной жизни» (фанерозой) — то есть такой, когда на планете есть крупные, высокоорганизованные животные. Сам собой возникает вопрос: быть может, среди них был разум?

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

3 недели назад
-
0
+
".. установка не позволяет держать горячую плазму дольше полуминуты.." - вероятно, проблема в теплоотведении. Интересно, из каких сплавов сделаны стенки камеры? Понятно, что из жаропрочных.. скорей всего, металлов.. и скорей всего, из плотных монолитных металлов.. А если попробовать просчитать термостойкость пористых структур? чтобы поры были сквозными, и тепло буквально проходило сквозь стенки камеры.. а снаружи этих стенок устроить нагнетание охлаждающего воздуха.. внутри пористой стенки будут встречаться два потока: внутренний горячий и внешний холодный.. .. Возможно даже некое геометрическое расположение пор, ещё и с вертикальными каналами/тягой.. На мой взгляд, пористая стенка камеры не скажется на процессе удержания плазмы.. можно посчитать пористость малых размеров и больших.. поиграть с количеством пор на кв.дм.. Солнце постоянно излучает тепло в окружающее холодное пространство.. и столкновение жара и холода не сказывается на его внутренних реакциях. А вообще, можно ли сделать камеру достаточно просторной, чтобы у плазменного сгустка появилось ощущение зависания в пустоте?.. без близких боковых стенок/ограничений.. Удерживать его внешним давлением ледяного разреженного воздуха, а не электромагнитным полем.. .. это так, взгляд со стороны.. Ну и успехов в повторении эксперимента.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: