Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10 сентября
Василий Парфенов
1
4 182

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, 13:24
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

Вчера, 18:06
Василий Парфенов

Украинская частная космическая компания Promin Aerospace, несмотря на сложную обстановку в стране, продолжает работу над ракетой оригинальной конструкции. Первый тестовый запуск намечен на первую половину 2023 года. В свежем интервью основатель стартапа рассказал, что даже если прототип не получится отправить в полет на родине, сроки не должны сильно измениться.

Вчера, 15:23
Ольга Иванова

Оказалось, за накопление жира после периода ограничения в питании ответственен определенный тип кишечных бактерий. Китайские ученые назвали способ борьбы с этими микроорганизмами.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

Позавчера, 13:24
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

2 декабря
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
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: