В ход пошли столетия...
Термоядерный синтез: бесконечный источник энергии уже рядом с нами
21.03.2022
Можно ли получить экологически чистую, практически неиссякаемую энергию? 70 лет назад советские ученые ответили положительно на этот вопрос. Сейчас как никогда наука близка и к практическому воплощению. В Курчатовском институте запущен новый токамак Т-15 МД, уникальный по своим возможностям.
Самое ожидаемое событие в научном сообществе – ввод в эксплуатацию международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Эта установка будет содержать в себе энергии больше, чем есть на всей Земле. Курчатовский институт, в котором запущен токамак Т-15 МД, сотрудничает с проектом и решает фундаментальные задачи, например, исследование турбулентности плазмы. Кроме теории есть не менее важные и сложные инженерные задачи: как обеспечить удержание высокотемпературной плазмы в реакторе и не позволить ей расплавить все вокруг.
Что такое Токамак?
Токамак – это установка удержания плазмы с помощью мощных магнитов. Электрический ток генерирует магнитное поле, одновременно обеспечивая и разогрев плазмы, и удержание ее в этом состоянии. Сам термин “токамак” был придуман в Советском Союзе в 50-х годах Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Токамак расшифровывается как "тороидальная камера с магнитными катушками". Первый такой реактор был создан в 1954 году, и на протяжении долгих лет подобные устройства существовали исключительно на территории СССР.
Говорят, что токамак – искусственное солнце. Насколько это близко к истине?
Есть существенная разница между процессами, протекающими в звездах, и процессами внутри замкнутых магнитных ловушек, к которым относится токамак. В ядре Солнца удержание горячих частиц происходит за счет огромной силы гравитации, а в магнитных ловушках магнитное поле удерживает разогретый до огромных температур газ. В токамаке температура в сотни и даже тысячи раз выше, чем на Солнце. Сравним: температура поверхности Солнца составляет около 5-6 тысяч градусов, а в центре звезды – 10-15 миллионов градусов, тогда как в термоядерном реакторе требуемая температура – 100-150 миллионов градусов. Такие показатели и даже выше уже были получены в ходе экспериментов.
Может ли произойти авария и все выйдет из-под контроля?
Термоядерная реакция не является цепной, то есть не может поддерживать сама себя, как, например, в атомных реакторах реакция распада. Для ее поддержания необходимо создать весьма специфичные условия. Это означает, что при выходе из строя одной из систем термоядерного реактора, обеспечивающей поддержание этих условий, реакция сразу же прекратится. Токамак остынет, топливо – водород и гелий – разлетится, не причиняя никому вреда. Единственное, что может сломаться – установка.
Когда тепловые и атомные электростанции заменят на термоядерные?
Все зависит от того, как будет развиваться отрасль: удастся ли эффективно замкнуть цикл, чтобы термоядерная реакция происходила достаточно долго и отдавала тепло на внешние устройства. Сейчас цикл термоядерных реакций длится доли секунд, этого недостаточно для того, чтобы получить энергию. Кроме того, лучший коэффициент полезного действия, который получили ученые в экспериментах – около единицы. Это значит, что производится энергии столько же, сколько и затрачивается. Этого очень мало.
"Самый реалистичный прогноз перехода на термоядерную энергию – столетие. Если мы рассмотрим дорожную карту больших экспериментов, таких как ИТЭР, мы увидим, что в 2025-2030 годах начнут проводить эксперименты. Плюс, если все будет успешно, еще минимум 20 лет эти эксперименты будут идти. Параллельно будут внедрять новые идеи и изобретения, например, компактный реактор. Затем построят демо-реактор, по величине больше чем ИТЭР, и это займет не менее 30-40 лет. Таким образом, практические результаты мы получим не раньше, чем через 100 лет", – считает Михаил Драбинский, младший научный сотрудник отдела токамаков Курчатовского института.
https://radiosputnik.ria.ru/20220321/termoyadernaya-energiya-1779182862.html.
В дополнение...
- Термоядерный синтез с магнитным удержанием плазмы в токамаках и стеллараторах
https://www.atomic-energy.ru/technology/123435.
P.S. Повторюсь. "Термояд был изначально «мертворожденным» и держался до сих пор лишь
на авторитете отцов-основателей и бесконтрольности выделяемых на исследования бюджетных средств": http://www.termoyadu.net/index.php?topic=2.msg120#msg120.
Было это сказано ещё 15 лет тому назад и ничего с тех пор не изменилось. Разве что вместо десятилетий пошли в ход столетия. Ну это излюбленный приём лоббистов любой провальной идеи: отодвигать сроки!
Альтернатива термояду - атомная энергетика с реакторами на быстрых нейтронах (см. статью "Кому нужна термоядерная энергетика?": http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg2768#msg2768). В нашей стране такие реакторы успешно эксплуатируются на Белоярской АЭС, при этом энергоблок №3 с реактором БН-600 только в прошлом месяце выработал 304,915 миллиона кВт×ч, а энергоблок №4 с реактором БН-800 - 648,759 миллиона кВт×ч: http://atominfo.ru/newsz04/a0845.htm. Как видим, никакие не сто лет, а прямо сегодня и сейчас!
P.P.S. Что касается токамака Т-15МД, то его главное предназначение - отработка возможности создания гибридного реактора (см. статью "Гибридное будущее термояда": http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3424#msg3424). Создание опытного образца такого реактора запланировано на 2035-е годы. Параллельно на Т-15МД будут проводится и эксперименты в области "чистого" термояда, однако потолок (тупик!) в этом направлении, достигнутый совсем недавно европейским токамаком JET, преодолеть удастся едва ли: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3552#msg3552.
P.P.P.S. Ну, а надежды, связанные с ИТЭР, могут в одночасье рухнуть по причине "заморозки" этого Проекта или его банального закрытия. Первые признаки этого сценария уже проявляются: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=7.msg3553#msg3553.
Ф.Ялышев
Другие новости...
- Австралийский стартап HB11 Energy представил новую лазерную технологию термоядерного синтеза. Пока только идея. Сроки изготовления экспериментальной установки не обозначены:
https://www.atomic-energy.ru/news/2022/04/01/123344.
- Британский стартап First Light Fusion сообщил подробности о своей инновационной технологии термоядерного синтеза. Экспериментальная установка должна быть введена в эксплуатацию в 2030-х годах:
https://www.atomic-energy.ru/news/2022/04/08/123619.
- Троицкий ТРИНИТИ начал подготовку площадки для строительства к 2030 году прототипа будущего термоядерного реактора. Он будет построен на месте существующего токамака с сильным полем (ТСП). Его новое название - Токамак с реакторными технологиями (ТРТ): https://www.atomic-energy.ru/news/2022/04/08/123626.
-- Этот токамак включён в план реализации комплексной программы РТТН по атомным технологиям:
https://www.atomic-energy.ru/news/2022/04/18/123956.
--- Другие разработки ТРИНИТИ: Термоядерное будущее в деталях: что создают в ТРИНИТИ в рамках атомного нацпроекта: https://www.atomic-energy.ru/photo/123078.
- В Великобритании выбраны разработчики защитного экрана для сферического токамака STEP - прототипа первой термоядерной электростанции. Концептуальный проект реактора должен быть готов к 2040 году, а после ещё состоится более детальное проектирование: https://www.atomic-energy.ru/news/2022/04/13/123791.
Ещё один блок новостей...
- Японский стартап по лазерному синтезу собрал более 1 млн долларов. Идея старая - лазерный термояд. Наиболее известная экспериментальная установка - национальный комплекс лазерных термоядерных реакций (National Ignition Facility, NIF, США): http://atominfo.ru/newsz04/a0946.htm, http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3535#msg3535.
- Мировое развитие демонстрационных термоядерных энергетических установок DEMO
https://www.atomic-energy.ru/articles/2022/04/21/124063.
-- Мировые лидеры в термоядерной энергетике
https://www.atomic-energy.ru/video/122814.
КПД не указан, пока ни у одной версии уже созданного термояда кпд не превысил единицы. Время от времени термоядерщики запускают такие мульки, чтобы им ещё денег давали.... 
: 