Наш питерский токамак Глобус-М2 в деле...
Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения31.03.2021 | 20:45
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 скорее внедрить технологии управляемого термоядерного синтеза в энергетику, подарив человечеству еще один альтернативный источник энергии. 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.
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 60-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.
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 скорее внедрить технологии управляемого термоядерного синтеза в энергетику. Одним из перспективных направлений является 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.
https://www.gazeta.ru/science/news/2021/03/31/n_15806594.shtml,
https://vz.ru/news/2021/3/31/1092215.html.
Предыстория здесь:
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3429#msg3429.
P.S. Сферомаки круче обычных токамаков, а стеллараторы круче токамаков вообще:
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3028#msg3028,
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg2931#msg2931.
Не суть по какой схеме будет построен будущий коммерческий термоядерный реактор. Суть в том, что он не будет иметь практического применения по одной простой причине: высокоэнергетические нейтроны, генерируемые токамаками, в том числе и в гибридных установках, способствуют не только делению ядер урана или тория, но и ускоренно разрушают элементы конструкций гибридных систем. Ну, и кто в здравом уме возьмётся за строительство АЭС, срок эксплуатации которой вдвое, а то и втрое меньше срока ныне эксплуатируемых станций?:
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg2921#msg2921.
К слову, именно это обстоятельство (ускоренное разрушение конструкций под воздействием высокоэнергетических нейтронов) ставит крест и на перспективах чисто термоядерных энергетических реакторов. "Термоядерная энергетика вовсе не является кристально чистой. Единственная доступная сегодня реакция D+T дает такой поток нейтронного излучения, что корпуса реакторов придется менять раз в 5-10 лет":
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=9.msg3409#msg3409 (последний абзац).
Спрашивается, с какого перепугу тогда строится ИТЭР, если в итоге на нём предполагается осуществить реакцию D+T, которая (реакция) приведет к разрушению реактора? Ведь "чистый" термояд чуть ли не официально приказал долго жить, а "гибридный" ещё долго будет искать себе место в атомной энергетике (
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3424#msg3424) ?? А вот исключительно для того, чтобы еще долгие годы оставаться у бюджетной кормушки.
Масла в огонь подливают китайские товарищи, у которых денег немерено и которые могут позволить себе любой каприз:
http://atominfo.ru/newsz03/a0410.htm.
Ну, а американцы, как всегда, занимаются болтологией и грезят о том, что проблему строительства термоядерных станций возьмут на себя частные компании:
http://atominfo.ru/newsz03/a0444.htm.
Ф.Х.Ялышев, изобретатель,
выпускник МВТУ им.Баумана, 1971 год.
