|
Приблизились к получению безграничной энергии
|
|
|
|
Ядерная энергия, какой мы ее знаем сегодня, вырабатывается в результате ядерного деления — процесса расщепления атомных ядер, при котором вырабатывается электричество без выделения парниковых газов. В чем проблема? Ядерное деление также приводит к образованию радиоактивных отходов как побочного продукта использования уранового топлива. Вот тут—то и появляется ядерный синтез — или, по крайней мере, его перспективы.
|
|
|
|
Ядерный синтез - это тот же процесс, который приводит в действие звезды, подобные нашему Солнцу. Внутри звезды ядра водорода сталкиваются под сильным давлением и при высокой температуре, превращаясь в гелий и высвобождая огромный выброс энергии. Ученые давно хотели воссоздать термоядерный синтез на Земле, потому что он мог бы обеспечить получение чистой, практически безграничной энергии без выбросов углекислого газа и с гораздо меньшим количеством радиоактивных отходов, чем на современных атомных станциях.
|
|
|
|
Термоядерные реакторы все еще находятся в стадии экспериментов, и ученые в основном сосредоточились на разработке своего рода реактора под названием токамак, который использует магнитные катушки для удержания плазмы в камере в форме пончика путем создания магнитного поля. Но другой серьезный претендент на дизайн называется стелларатором.
|
|
|
|
Стеллараторы более сложны, чем токамаки, особенно в том, что касается их магнитных катушек, но они также более гибкие. Они могут поддерживать плазму с меньшими затратами энергии и имеют конструктивные особенности, которые упрощают управление плазмой. Стелларатор Wendelstein 7-X в Германии - один из таких монстров, и недавно он побил рекорд в области... ну, атомного разрушения.
|
|
|
|
|
|
|
В ходе недавнего эксперимента исследователи из Института физики плазмы имени Макса Планка поддерживали стабильную плазменную реакцию в Wendelstein 7-X в течение 43 секунд, достигнув уровня производительности “тройного продукта”, необходимого для эффективного ядерного синтеза, и добившись наилучших результатов за все время существования стелларатора.
|
|
|
|
Может быть, 43 секунды - это и не так много, но сейчас это самая продолжительная продолжительность работы плазмы при ядерном синтезе, включая токамаки. Ранее токамак JT60U в Японии, ныне не существующий, и европейский токамак JET в Великобритании, которые могли похвастаться втрое большим объемом плазмы, были рекордсменами по продолжительности работы с плазмой.
|
|
|
|
Тройной продукт измеряет, насколько термоядерный реактор близок к достижению самоподдерживающегося уровня "безубыточности" производства энергии - точки, при которой реактор производит больше энергии, чем потребляет. Три фактора, влияющие на тройной результат, - это плотность ионизированных частиц, проходящих через горячую плазму, температура плавления ионов и время удержания энергии (сколько времени требуется для того, чтобы тепло вышло из плазмы, которая еще не нагрета). Более длительное время удержания означает лучшую изоляцию.
|
|
|
|
В отличие от реакторов деления, в которых используются тяжелые элементы, такие как уран, термоядерные реакторы основаны на более легких элементах (таких как ионы водорода дейтерий и тритий), которые помогают им избежать образования токсичных ядерных отходов.
|
|
|
|
Топливная форсунка для Wendelstein 7-X была создана специально для этого стелларатора учеными Национальной лаборатории Окриджа Министерства энергетики США (ORNL), которая также сыграла важную роль в разработке других типов реакторов. Несколько европейских лабораторий, включая Центр энергетических, экологических и технологических исследований (CIEMAT) в Испании и Будапештский центр энергетических исследований HUN-REN, внесли свой вклад в разработку топливных гранул.
|
|
|
|
Поскольку плазма нагревалась с помощью микроволн в течение этих рекордных 43 секунд, топливная форсунка обеспечивала стелларатор 90 гранулами замороженных ионов водорода. В системе микроволнового нагрева использовался электронный циклотронный резонанс — наиболее эффективный метод термоядерного синтеза, который использует электромагнитные волны для нагрева и ионизации плазмы до температур, которые (в данном случае) достигали 30 миллионов градусов по Цельсию (около 54 миллионов градусов по Фаренгейту). Поскольку успех зависел от баланса между нагревом и импульсами подачи топлива, инжектор гранул был запрограммирован на автоматическую частоту импульсов, что является беспрецедентным шагом.
|
|
|
|
“Новый рекорд - это огромное достижение международной команды. Это впечатляюще демонстрирует потенциал Wendelstein 7-X”, - говорится в пресс-релизе профессора доктора Томаса Клингера из Института физики плазмы Макса Планка. “Повышение уровня тройного продукта до уровня токамака во время длительных плазменных импульсов знаменует собой еще одну важную веху на пути к созданию стелларатора, способного работать на электростанциях”.
|
|
|
|
Источник
|
