• Термоядерный реактор Zap сначала вдувает газ в камеру, затем мощный импульс энергии ионизирует его в плазменную нить, проводящую сверхсильный ток. Плазменный реактор молодости.
В России протестировали самую мощную плазменную установку в мире
С тех пор считается наиболее перспективной идея токамаков с магнитным плазменным удержанием. Однако есть и другая концепция термоядерного синтеза — инициирование цепных реакций внутри реактора путем нагревания и сжатия топливной мишени с помощью мощного лазерного излучения так называемый инерционный синтез. Применяются мощные лазеры для того, чтобы зажечь небольшую мишень — ампулу, содержащую топливо, и быстро менее чем за одну миллиардную долю секунды достичь условий термоядерного синтеза. Лазер используется для генерации импульса инфракрасного света, который длится несколько миллиардных долей секунды с миллиардными долями джоуля энергии. У этой технологии есть свои подводные камни. Лазеры с высоким КПД должны интенсивно, а главное — однородно облучать мишени; при этом важны сверхточная фокусировка лазеров, скрупулезное соблюдение размеров мишеней, их строго сферическая форма. Несколько ампул за секунду должны быть загружены в реактор с фиксированным положением по центру — это особенно сложно осуществить, учитывая масштабы реактора. Самая крупная экспериментальная установка, работающая по принципу инерционного синтеза, — это Национальный центр зажигания National Ignition Facility , расположенный в США, в Ливерморской национальной лаборатории им. NIF — самая мощная лазерная система в мире, насчитывающая 192 лазерных пучка. Принцип работы тот же, но в LMJ 176 лазерных луча. ТОП-7 событий в области термояда в 2018 году: В марте специалисты отдела оптики низкотемпературной плазмы ФИАН представили систему контроля концентрации водяного пара в плазме, которая обеспечит безопасность водяной системы охлаждения термоядерного реактора.
В апреле ученые Института ядерной физики им. Будкера представили технологию, позволяющую в реальном времени наблюдать поведение конструкционных материалов при термоядерном синтезе. В июле американская Lockheed Martin запатентовала дизайн компактного реактора CFR, прототипы которого были представлены еще в 2017 году. В августе в Оксфордском университете запущена импульсная установка FLF. В сентябре специалисты Токийского университета представили устройство для создания магнитного поля с полностью контролируемыми параметрами, причем магнитное поле экспериментально удается продержать 100 мкс — это абсолютный рекорд. В декабре исследователи из Управления по атомной энергии Великобритании сообщили о создании уникальной системы для охлаждения плазмы в токамаке охлаждение — одна из ключевых проблем в токамаках. Международный проект ИТЭР International Thermonuclear Experimental Reactor ITER — самый крупный в мире токамак, сложнейшая термоядерная экспериментальная машина, призванная продемонстрировать осуществимость технологий термоядерного синтеза и доказать, что термоядерная реакция может быть управляемой. Идея ИТЭР состоит в том, чтобы на выходе вырабатывать в 10 раз больше энергии, чем на входе. Основан проект ИТЭР на российской концепции токамака с магнитным удержанием плазмы. Строительные работы ИТЭР официально начались в октябре 2007 года, после ратификации cоглашения о проекте всеми сторонами.
Стройка развернулась в Кадараше, на юге Франции. Львиная доля вложений приходит не в денежном выражении, а в виде компонентов и оборудования для реактора. А поскольку центральная организация ИТЭР не контролирует расходы семи партнеров, определить фактическую стоимость проекта крайне сложно. Изготовление компонентов, производство оборудования и разработка диагностик для ИТЭР распределены между всеми участниками консорциума. Над дизайном основного элемента реактора, криостата, работала Индия, присоединившаяся к консорциуму в 2005 году. Основа криостата, весом 1250 тонн, будет одной из самых тяжелых одиночных нагрузок при сборке машины весом 23 тыс. Европейский союз ответственен за вакуумную камеру, однако для оптимизации проекта и минимизации задержек часть работ была поручена Корее, которая продемонстрировала высочайший уровень собственных технологий, запустив токамак со сверхпроводящей магнитной системой KSTAR Korean Superconducting Tokamak Advanced Research , получивший первую плазму в 2008 году, и продемонстрировав рекордную 70-секундную высокопроизводительную плазму в 2016 году.
Рассказ о самой грандиозной научной стройке современности начинаем с теории.
Что такое токамак? Под действием огромных температур и гравитации в глубинах нашего Солнца и других звезд происходит термоядерный синтез. Ядра водорода сталкиваются, образуют более тяжелые атомы гелия, а заодно высвобождают нейтроны и огромное количество энергии. Современная наука пришла к выводу, что при наименьшей исходной температуре наибольшее количество энергии производит реакция между изотопами водорода — дейтерием и тритием. Но для этого важны три условия: высокая температура порядка 150 млн градусов по Цельсию , высокая плотность плазмы и высокое время ее удержания. Дело в том, что создать такую колоссальную плотность, как у Солнца, нам не удастся. Остается только нагревать газ до состояния плазмы посредством сверхвысоких температур. Но ни один материал не способен вынести соприкосновения со столь горячей плазмой.
Для этого академик Андрей Сахаров с подачи Олега Лаврентьева в 1950-е годы предложил использовать тороидальные в виде пустотелого бублика камеры с магнитным полем, которое удерживало бы плазму. Позже и термин придумали — токамак. Современные электростанции, сжигая ископаемое топливо, конвертируют механическую мощность кручения турбин, например в электричество. Токамаки будут использовать энергию синтеза, абсорбируемую в виде тепла стенками устройства, для нагрева и производства пара, который и будет крутить турбины. Первый токамак в мире. Советский Т-1. И они успешно доказали, что человек может создать высокотемпературную плазму и удерживать ее некоторое время в стабильном состоянии. Но до промышленных образцов еще далеко.
Монтаж Т-15. Первый можно вырабатывать на самом реакторе: высвобождающиеся во время синтеза нейтроны будут воздействовать на стенки реактора с примесями лития, из которого и появляется тритий. Запасов лития хватит на тысячи лет. В дейтерии тоже недостатка не будет — его в мире производят десятками тысяч тонн в год. Термоядерный реактор не производит выбросов парниковых газов, что характерно для ископаемого топлива. А побочный продукт в виде гелия-4 — это безвредный инертный газ. К тому же термоядерные реакторы безопасны. При любой катастрофе термоядерная реакция попросту прекратится без каких-либо серьезных последствий для окружающей среды или персонала, так как нечему будет поддерживать реакцию синтеза: уж слишком тепличные условия ей необходимы.
Однако есть у термоядерных реакторов и недостатки. Прежде всего это банальная сложность запуска самоподдерживающейся реакции. Ей нужен глубокий вакуум. Сложные системы магнитного удержания требуют огромных сверхпроводящих магнитных катушек. И не стоит забывать о радиации. Несмотря на некоторые стереотипы о безвредности термоядерных реакторов, бомбардировку их окружения нейтронами, образующимися во время синтеза, не отменить. Эта бомбардировка приводит к радиации.
Разработка новых сплавов и методов обработки поверхности требует постоянного проведения дореакторных испытаний. Эффект от каждого минимального изменения в составе сплава или в технологии его обработки должен быть проверен в условиях, приближенных к реакторным. Для этого берется специальный стальной автоклав с толстыми стенками, в который заливается определенное количество воды и помещаются исследуемые образцы новых материалов. После этого автоклав герметизируется и устанавливается в печь, в которой нагревается до эксплуатационной температуры оболочек твэлов. А вот дальше придется запастись терпением, потому как прежде, чем можно будет сделать какой-то вывод о коррозионной стойкости исследуемых образцов, должен пройти не один месяц. Ведь если даже в активной зоне реактора коррозия оболочек твэлов длится годами, то что уж говорить про условия водной среды автоклава, где, в отличие от реактора, нет химически активных продуктов радиолиза воды и реакторного облучения, ускоряющего коррозию. Очевидно, что в условиях, когда каждый шаг разработчика должен верифицироваться испытаниями, длящимися месяцами, невозможно говорить об интенсивном развитии реакторных материалов. Поэтому со стороны материаловедов давно назрел запрос на какой-то экспресс-метод коррозионных испытаний. ТВС, загруженная в активную зону реактора Как можно ускорить процесс? Но как ускорить коррозионные испытания материалов, если даже в сверхагрессивной среде водного теплоносителя процесс коррозии оболочек твэлов занимает годы? Что может быть еще агрессивнее? Это плазма. Если поместить испытательный образец в частично ионизованную низкотемпературную плазму, то поток химически активных ионов и радикалов, контактирующих с поверхностью объекта, окажется даже более интенсивным, чем это бывает в активной зоне легководного реактора.
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. Токамак Глобус-М2 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.
Заказ продукции/услуги
- В России запущена уникальная плазменная установка
- Разделы сайта
- Выбор сделан - токамак плюс - Российская газета
- Поделись позитивом в своих соцсетях
На российском токамаке Т-15МД получена первая термоядерная плазма
В традиционных конструкциях эта схема разделяет лазерный луч на два потока, один из которых огибает плазму в реакторе, а другой проходит сквозь нее. Плазма в реакторе ИТЭР должна быть в десять раз горячее солнечного ядра, а температура в его криостате в 30 раз ниже, чем в морозильнике. Но количество выработанной энергии зависит от того, насколько стабильной будет плазма в реакторе. Такое время считается рекордным показателем по удержанию высоко разогретого плазменного поля.
🤖 В Верхней Пышме готовят к запуску плазменный реактор
Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер. Пуск экспериментального термоядерного реактора и получение на нем первой плазмы запланирован на 2025 год. Реактор станет одним из основных источников электроэнергии для завода по производству полипропилена, входящего в состав Уральской горно-металлургической компании. Подобный термоядерный реактор должен помочь заменить атомные электростанции и работать на безопасном и доступном топливе – дейтерии и тритии.
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
| Компактный термоядерный реактор американского стартапа разогрел плазму до 37 млн °С | В принципе и не хотел делать это Разоблачение Но когда увидел сколько людей на форумах думают что Хлорка которая возникает в результате электролиза соли в. |
| Металлурги Росатома начали изготовление реакторной установки для АЭС «Пакш-2» в Венгрии | Плазменный пиролиз, по мнению разработчиков, поможет сделать переработку тяжелой нефти более экономичной и экологически чистой. |
Рекомендуем
- Россия первой в мире запускает термоядерный реактор | Пикабу
- Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд
- В РФ успешно получена первая термоядерная плазма на токамаке Т-15МД —
- Реквизиты компании
- Комментарии
- Выбор сделан - токамак плюс - Российская газета
Прорыв или распил? Россия тратит миллиарды на термоядерную установку
- Форма поиска
- Zap Energy зажгла в прототипе термоядерного реактора нового поколения FuZE-Q первую плазму / Хабр
- Актуальные торги
- На российском токамаке Т-15МД получена первая термоядерная плазма
- В Бурятии протестируют плазменный реактор по утилизации отходов < Новости |
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
| Во Франции стартовала последняя фаза сборки крупнейшего в мире термоядерного реактора | Но количество выработанной энергии зависит от того, насколько стабильной будет плазма в реакторе. |
| Простой способ наполнить свою жизнь здоровьем. Плазменный реактор молодости. Артём Шабанов | Стартап по разработке термоядерного реактора General Fusion из Канады завершил очередной раунд сбора инвестиций, в этот раз собрав 65 миллионов долларов. |
| Компактный термоядерный реактор американского стартапа разогрел плазму до 37 млн °С | В традиционных конструкциях эта схема разделяет лазерный луч на два потока, один из которых огибает плазму в реакторе, а другой проходит сквозь нее. |
| Поддерживаемый Биллом Гейтсом стартап по термоядерному синтезу превзошел температуру Солнца | НИУ "МЭИ" также исследует методы охлаждения при длительной эксплуатации компонентов будущего экспериментального реактора, расположенных внутри камеры, уточнили в вузе. |
| В термоядерном реакторе США обнаружили аномалию: Наука: Наука и техника: | Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. |
Эра термоядерного синтеза
В 2022 — 2023 гг. В частности, будут исследованы механизмы взаимодействия плазменных потоков и характеристики нейтронного излучения реакции DD-синтеза. Это позволит уточнить параметры плазменных потоков, необходимые для достижения заданных значений нейтронного выхода. Результаты планируемых исследований в перспективе позволят оценить стойкость материалов будущего термоядерного или гибридного реактора к воздействию 14 МэВ-ных нейтронов», — рассказал Анатолий Житлухин, директор отделения магнитных и оптических исследований ГНЦ РФ ТРИНИТИ, кандидат физ. Такие установки нового поколения на базе импульсных плазменных ускорителей наряду с токамаками могут рассматриваться как один из вариантов внешнего нейтронного источника для гибридного термоядерного реактора, особенно на начальной стадии разработки его компонентов.
Фото: ГК "Росатом" К словам "Росатом" - корпорация знаний" успели привыкнуть не только поклонники известной ТВ-программы, но и те, кто предпочитает телеэкрану смартфон или ноутбук. С историей Атомного проекта понятно. А что сегодня определяет передний край науки в отрасли? Виктор Ильгисонис: Если кратко - то значение для страны и экономическая эффективность. Критерием служит потребность страны в решении конкретной проблемы, чтобы сосредоточить на ней мощь "Росатома" - техническую и интеллектуальную. Но браться стоит только за высокотехнологичные и наукоемкие направления. Наши профессиональные компетенции слишком дороги, чтобы расходовать их на обычные бизнесы, как бы прибыльны они ни были. Одно из таких направлений - термоядерные исследования и плазменные технологии. Это третий федеральный проект внутри РТТН - комплексной программы развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии. Он третий по важности, срочности, ожиданиям? Виктор Ильгисонис: Он просто один из пяти, по порядку. Не следует придавать нумерации какое-либо значение. Но если говорить о числе вовлеченных в проект организаций вне контура "Росатома", то термоядерный проект - однозначно первый. Его масштабность, широта охвата, многообразие ожидаемых результатов и их применений в значительной степени обусловили причисление всей программы РТТН к числу национальных проектов. Самой дорогостоящей частью "термоядерного" федерального проекта, как и всей программы РТТН, принято считать модернизацию существующей инфраструктуры и создание новых экспериментальных установок. Что тут в приоритетах? Где и на каких площадках уже ведутся такие работы? Виктор Ильгисонис: В действующей версии программы главный приоритет - это вывод на рабочие режимы токамака Т-15МД в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", который должен быть оснащен различными системами дополнительного нагрева плазмы, диагностики, сбора и обработки данных, генерации тока и другими современными элементами. Осуществляются поддержка и развитие экспериментальной базы термоядерных исследований на площадках Физико-технического института имени Иоффе в Санкт-Петербурге, Института ядерной физики имени Будкера в Новосибирске, Национального исследовательского ядерного университета МИФИ в Москве. Серьезные "задельные" работы по развитию инфраструктуры, ориентированные на следующий до 2030 года этап реализации федерального проекта, ведутся в научном центре ТРИНИТИ в Троицке. Год назад вы говорили о 110 контрольных точках по этому проекту, на 2023-й их в полтора раза больше. Как продвигаетесь по маршруту и что требует особого внимания?
Это позволяет атомам сливаться, выделяя огромное количеств энергии. Примером этой реакции служит Солнце, в недрах которого водород превращается в гелий и ряд тяжелых элементов. Однако поскольку термоядерная плазма состоит из двух компонентов, ядер и электронов, которые отличаются по массе, они нагреваются и остывают с разной скоростью. Быстрое охлаждение электронов может воспрепятствовать нагреву плазмы. Что умеют программные роботы Стартап Zap Energy был основан как раз для решения проблемы преждевременного охлаждения электронов. В основу своего подхода физики положили известный Z-пинча, который вместо сложных и дорогих магнитных катушек использует для фиксации плазмы электромагнитное поле, возникающее внутри нее самой.
Применять диверторы на стеллараторах и токамаках начали в 1951 году по предложению Лаймана Спитцера. По форме магнитного поля диверторы относятся к одному из трех типов: полоидальному, тороидальному и бандл-типу. Принцип действия всех типов диверторов одинаков. В токамаке ITER используется дивертор полоидального типа. На «горячей стенке» всегда присутствуют загрязнения, которые прилипают к ней в результате адсорбции. При нагреве эти загрязнения испаряются и попадают в плазму. Там они ионизируются и начинают интенсивно излучать. Возникают дополнительные радиационные потери эти потери пропорциональны второй степени эффективного заряда плазмы. Тем самым плазменный шнур охлаждается, а горячая стенка перегревается. Дивертор непрерывно «обдирает» с плазменного шнура внешний слой где концентрация примесей наиболее высока. Для этого, с помощью небольшого магнитного поля, внешние слои шнура направляются на интенсивно охлаждаемую водой мишень. Здесь плазма охлаждается, нейтрализуется, превращается в газ, а затем откачивается из камеры. Таким образом, примеси не проникают в сердцевину шнура. Кроме того, в токамаке ITER дивертор служит для осаждения и удержания бериллиевой пыли, образующейся при испарении «горячей стенки» бланкета. Поэтому его на сайте ITER ещё шутливо называют «ashtray» пепельница. Если не удалять пыль из зоны горения, она попадёт в плазменный шнур, разогреется, и тоже начнёт излучать. Это вызовет в свою очередь, перегрев горячей стенки, её повышенный износ испарение и радиационное распыление и образование новых порций пыли. Дивертор ITER состоит из пяти мишеней с щелями между ними. Металлическая пыль скатывается с пологих поверхностей мишеней и попадает в щели. Оттуда ей очень трудно вновь попасть в плазменный шнур. Дивертор выполнен из 54 кассет [25] , общим весом 700 т. Корпус кассеты — высокопрочная нержавеющая сталь. По мере износа кассеты будут демонтироваться, и на их место устанавливаться другие. Мало какой материал способен длительно срок службы токамака 20 лет выдерживать такой нагрев. На начальных стадиях проектирования токамака планировалось выполнить мишени из углеродного композита, армированного углеродным волокном англ. Система охлаждения дивертора будет работать в околокипящем режиме. Суть этого режима такова: теплоноситель дистиллированная вода начинает закипать, но ещё не кипит. Микроскопические пузырьки пара способствуют интенсивной конвекции, поэтому этот режим позволяет отводить от нагретых деталей наибольшее количество тепла. Однако есть и опасность — если теплоноситель всё-таки закипит, пузырьки пара увеличатся в размерах, резко снизив теплоотвод.
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
Ученые НИУ «МЭИ» запустили уникальную плазменную установку ПЛМ для испытания материалов термоядерного реактора и отработки технологий плазменного двигателя. На плазменных установках в лабораториях НИЯУ МИФИ начнется цикл испытаний материалов, которые помогут защитить внутреннюю стенку реактора ITER. Ионные температуры свыше 5 кэВ ранее не достигались ни в одном СТ и были получены только в гораздо более крупных устройствах со значительно большей мощностью нагрева плазмы. В настоящее время уже существуют различные проекты гибридных реакторов, в которых плазменным источником нейтронов служит токамак. Специалисты Национального исследовательского университета «МЭИ» запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора.