— Как работает ваш мини-реактор? — Правильнее называть его нейтронным генератором на основе плазменного фокуса, однако в установке действительно фактически происходит.
Во Франции стартовала последняя фаза сборки крупнейшего в мире термоядерного реактора
В распоряжении ученых нет реактора размером с Солнце, тяготение которого сжимает плазму так, что она становится в 20 раз плотнее стали. Указ об этом подписал президент Владимир Путин Федеральный проект "Термоядерные и плазменные технологии". На основе принципа токамака строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции. Главные проблемы в разработке промышленного реактора — нагрев и удержание плазмы с термоядерными параметрами."Идея эксперимента такая. Катушка полоидального поля нужна для удержания плазмы в термоядерном реакторе ИТЭР. Термоядерный реактор ИТЭР возводят уже несколько десятков лет недалеко от Марселя.
Как учёные «ловят плазму»? О перспективах ядерной энергетики репортаж из ИЯФ СО РАН
Эти знания позволят повысить производительность компактных ускорителей частиц и термоядерных реакторов. Плазма или ионизированный газ — четвертое агрегатное состояние материи. Оно остается наиболее распространенной и наблюдаемой формой материи в нашей Вселенной.
Схема плазмы в сферическом токамаке. Фото: sciencealert.
Это тороидальная установка со сферической вакуумной камерой. В ней формируется и удерживается плазма, пишет ScienceAlert.
Но, несмотря на такие вложения, бывший начальник инспекции по ядерной и радиационной безопасности Госатомнадзора СССР, доктор технических наук, профессор Владимир Кузнецов сомневается в том, сможет ли эта установка работать в том масштабе, в котором это было задумано.
В беседе с Telegram-каналом «Радиоточка НСН» ученый отметил, что основополагающие задачи, которые должны были быть решены еще до ее пуска, не решены до сих пор. Это, грубо говоря, тор, вокруг стоят мощнейшие магниты, а внутри идет плазма. Поджигают дейтериевый и тритиевый лед, туда попадают лазером, и там поджигается плазменный шнур, который идет внутри этого тора.
Но температура плазмы порядка десяти миллионов градусов. И вот какой дьявол выдержит температуру у первой стенки, которая находится рядом с плазменным шнуром? Выдержит ли он такие гигантские температуры?
То есть главная задача — найти материал для этого так называемого бланкета. До сих пор этот вопрос нигде в мире не решен», - объяснил доктор технических наук. Новый Чернобыль?
В «Росатоме» объяснили остановку реакторов в Курске и Ростове Кузнецов напомнил, что проект и конструкция установки были разработаны в 60-е годы прошлого века, однако за прошедшее время поставленные задачи не были реализованы. Установка была запущена в эксплуатацию в 1988 году, в 2005 году ее хотели модернизировать, но средств на это не нашлось.
Это связано с высокой плазменно-тепловой нагрузкой, которая будет оказывать воздействие на стенки камеры будущего реактора-токамака при длительной эксплуатации. Россия, США, Китай, Индия, Южная Корея, страны ЕС, а также Великобритания и Швейцария; цель проекта - создание термоядерной реакции мощностью 500 МВт, которая будет поддерживаться в течение не менее 400 сек при потребляемой мощности 50 МВт; проект не предусматривает поставку вырабатываемой электроэнергии в сеть; строительство началось в 2010 г.
Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд
НИУ "МЭИ" также исследует методы охлаждения при длительной эксплуатации компонентов будущего экспериментального реактора, расположенных внутри камеры, уточнили в вузе. Обслуживающие реактор JT-60SA специалисты пока не сообщили о параметрах полученной в реакторе плазмы. Модернизация корейского термоядерного реактора позволила ему побить собственный рекорд: новые компоненты способны поддерживать закрученную плазму температурой 100 миллионов. В России также проводятся исследования по удержанию плазменных разрядов при сверхвысоких температурах.
Публикации
- Что такое плазменный реактор и где он используется?
- Металлурги Росатома начали изготовление реакторной установки для АЭС «Пакш-2» в Венгрии
- Комментарии
- Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд
- Петербургские инженеры испытывают детали для экспериментального термоядерного реактора
НИУ МЭИ запустил одну из мощнейших в мире плазменных установок для будущего реактора ИТЭР
вы делаете те новости, которые происходят вокруг нас. В 2021 году на японском реакторе произошло короткое замыкание в катушке сверхпроводящего магнита. Подобный термоядерный реактор должен помочь заменить атомные электростанции и работать на безопасном и доступном топливе – дейтерии и тритии. Реактор станет одним из основных источников электроэнергии для завода по производству полипропилена, входящего в состав Уральской горно-металлургической компании. В частности, будут исследованы механизмы взаимодействия плазменных потоков и характеристики нейтронного излучения реакции DD-синтеза.
НИУ МЭИ запустил одну из мощнейших в мире плазменных установок для будущего реактора ИТЭР
Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. Первая плазма в Международном экспериментальном термоядерном реакторе будет получена в 2025-2026 годах. Впервые термоядерный реактор KSTAR Корейского института термоядерной энергетики (KFE) достиг температуры, в семь раз превышающей температуру ядра Солнца. Исследователи использовали метрику под названием H98 (y, 2) для оценки эффективности, с которой реактор токамака удерживает плазму. Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля. Хотя плазма удерживается и сжимается при помощи магнитного поля, её потоки всё равно могут соприкасаться со стенкой реактора.
PRL: открытие новых колебаний плазмы позволит улучшить ускорители и реакторы
В 2022 — 2023 годах планируется провести эксперименты по встречному столкновению высокоскоростных потоков плазмы дейтерия, генерируемых новыми ускорителями. 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. 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.
Вещество представляет собой плазму с температурой в несколько млн градусов. Подчеркивается, что чем выше его температура, тем больше скорость атомов. Нужно улучшение для того, чтобы увеличить энергию вырабатываемую термоядерным реактором. Основная проблема заключается в том, чтобы получить от него большее количества энергии , чем он потребит.
В термоядерном реакторе такого сценария быть не может. А реакция синтеза быстро останавливается при выключении питания. Фактически в качестве топлива используется вода, в которой содержится дейтерий.
А тритий можно получить из лития непосредственно в процессе работы термоядерного реактора или как побочный продукт работы ядерных реакторов», — добавил эксперт. По его словам, США традиционно были лидерами в коммерческих технологиях ядерной энергетики.
Негативные факторы в китайско-американских отношениях по-прежнему усиливаются, поскольку США продолжают попирать законные права Китая на развитие, сказал Ван И. В среду Блинкен прибыл в Шанхай, начав свой рабочий визит в Китай. Его встречал председатель Шанхайского партийного комитета Чэнь Цзинин.
Встреча главы Госдепа китайской стороной оказалась весьма сдержанной. Одна из них действительно заключается в эффективности российских дронов против бронированной техники, сказал газете ВЗГЛЯД военный эксперт Александр Бартош. Если говорить о танках Abrams, то больше всего проблем им создают «Ланцеты». За время спецоперации они продемонстрировали высокую эффективность в борьбе с бронированными целями. Так как аппарат работает в паре с дроном-разведчиком, беспилотник способен сначала выявить цель, а затем нанести удар аккурат в уязвимое место танка», — сказал Александр Бартош, член-корреспондент Академии военных наук.
Впрочем, по мнению собеседника, российские дроны хотя и являются основной причиной отвода Abrams, есть еще несколько немаловажных аспектов. Эксперт допускает, что решение было принято также из-за складывающегося не в пользу ВСУ положения на поле боя. Пентагон попросту опасается, что кадры с горящей американской техникой, которую они представляют как неуязвимую, нанесут существенный ущерб коммерческим интересам США», — уточнил Бартош. Кроме того, ВСУ могут на время спрятать танки в расчете на то, что ими можно будет воспользоваться при отражении полномасштабного наступления ВС России, добавил спикер. По словам Бартоша, противник опасается продвижения российских военных в районе Одессы и Харькова.
Как показали предыдущие месяцы, мы успешно уничтожаем эту технику», — подчеркнул военный эксперт. Существует и третья причина отвода танков. Собеседник не исключает, что в Пентагоне решили продумать более надежную систему защиты от дронов. При этом ранее противник не прибегал к сооружению тех навесов, которые российские танкисты делают для наших танков. Бартош напоминает, что до определенного момента на Западе высмеивали наши конструкции, получившие прозвище «мангал».
Если раньше они считали защитные конструкции малоэффективным средством и не хотели демонстрировать свою слабость перед возможными атаками беспилотников, то теперь они начнут копировать российский опыт», — считает аналитик. По информации Associated Press , одной из причин такого решения стала возросшая возможность российских дронов быстро обнаруживать и уничтожать эту технику. AP отмечает, что на брифинге 25 апреля высокопоставленный представитель Пентагона заявил — распространение беспилотников в зоне боевых действий на Украине означает, что «нет открытой местности, по которой вы могли бы просто проехать, не опасаясь быть обнаруженными». Зампредседателя американского Объединенного комитета начальников штабов адмирал Кристофер Грейди подтвердил отвод Abrams от линии соприкосновения, добавив, что США вместе с украинской стороной будут работать над тем, чтобы изменить тактику. Позднее в Киеве также признались в выводе Abrams с поля боя.
Россия отправила во Францию катушку для получения плазмы в термоядерном реакторе
| Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд | Одним из основных препятствий является успешное управление нестабильной и перегретой плазмой в реакторе, но новый подход показывает, как мы можем это сделать. |
| Выбор сделан - токамак плюс - Российская газета | Это одна из шести катушек полоидального поля в магнитной системе, которая служит для удержания плазмы в реакторе ИТЭР. |
| Выбор сделан - токамак плюс - Российская газета | Главные сахалинские новости за день от |
| Эра термоядерного синтеза | Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля. |
Выбор сделан - токамак плюс
Все эти сложности и задерживают появление полноценной термоядерной энергетики, создание которой тянется уже более 70 лет. Российские физики пришли к выводу, что для этого необходимо омывать его потоками жидкого лития, перераспределяя поток падающей мощности на диверторные пластины по большей площади, тем самым уменьшая тепловую нагрузку. Это решение вероятно станет первым в мире термоядерным реактором у которого "получится" удерживать плазму на постоянной основе. Что нам это даст? В теории, страна первой получившей технологии термоядерного реактора в буквальном смысле сможет изменить мир и получить невиданное доселе преимущество. Стоимость термоядерной энергии по некоторым подсчетам будет в 50, а то и в 100 раз меньше, чем стоимость ее генерации на АЭС.
В России также проводятся исследования по удержанию плазменных разрядов при сверхвысоких температурах, но информация о ходе таких экспериментов публикуется крайне редко.
А реакция синтеза быстро останавливается при выключении питания. Фактически в качестве топлива используется вода, в которой содержится дейтерий. А тритий можно получить из лития непосредственно в процессе работы термоядерного реактора или как побочный продукт работы ядерных реакторов», — добавил эксперт. По его словам, США традиционно были лидерами в коммерческих технологиях ядерной энергетики. Однако в настоящий момент главным поставщиком коммерческих ядерных технологий на мировые рынки является российская компания «Росатом».
Эти электроны под действием ускоряющего напряжения с большой энергией врезаются в поверхность прототипа и тем самым создают тепловую нагрузку». Испытаниями в Петербурге Россия продолжает выполнять свои обязательства в рамках ИТЭР — научно-технического проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора. Мы производили очень важные высокотемпературные испытания. Мы должны действовать все вместе для успеха проекта ИТЭР». Термоядерный реактор, способный дать человечеству принципиально новый источник энергии, строится во Франции недалеко от Марселя. Размером с девятиэтажное здание даже недостроенная установка представляет собой фантастическое зрелище. Кроме проведения испытаний России самой поручено изготовить 25 узлов. Среди них самый крупный элемент — суперпроводниковая катушка для магнитного удержания плазмы.
Меню сайта
Быстрое охлаждение электронов может воспрепятствовать нагреву плазмы. 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. Сильные токи, проходя через жгуты плазмы, нагревают и сжимают ее.
Установка ПЛМ представляет собой магнитную ловушку для получения и нагрева плазмы. Системы термоядерных реакторов и технологии диагностики плазмофизических процессов - предмет исследований специалистов кафедры "Общая физика и ядерный синтез", действующей в НИУ "МЭИ". Сахаров, преподававший в МЭИ на кафедре электрофизики, предложил использовать магнитное поле для удержания плазмы с целью достижения управляемого термоядерного синтеза, а сейчас уже мы смогли найти многие решения этих проблем и предложений", - приводит пресс-служба вуза слова его ректора Николая Рогалева.
И далее десять лет эксплуатации, скорее всего, [она будет длиться] до 2040 года. А уже после мы, китайцы, европейцы, американцы, японцы, Южная Корея планируем строить демореактор. В нём не только будет генерироваться термоядерная мощность, но ещё и будут технологии по переработке с термоядерной мощности в электричество, тепловую и так далее", — сказал Красильников на Международном форуме-диалоге "Наука за мир и развитие".
В своей работе физики проанализировали подробные данные сигналов плотности плазмы и флуктуаций электрического поля. Они обнаружили, что спонтанно возбуждаемые волны вызывали транспорт намагниченных электронов внутрь в поперечном направлении к главной оси магнитного поля. Такое перемещение полезно для отрыва плазмы, поскольку уменьшает расходимость расширяющегося плазменного пучка. Схематическая иллюстрация перемещения электронов в отрывающейся плазме. Изображение : Kazunori Takahashi, Tohoku University Нестабильность плазмы, особенности переноса плазмы и потери из-за волн и турбулентности были серьезной проблемой для удержания плазмы в реакторах термоядерного синтеза, но в данном случае они оказались полезными. Наше открытие — редкий случай, когда нестабильность плазмы действительно оказывает благотворное влияние на инженерию.
Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения
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.
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. Для контроля за состоянием теплоносителя на ITER установлены акустические датчики. По шуму, который создают пузырьки в трубопроводах, будет оцениваться режим, в котором находится теплоноситель. Системы нагрева плазмы[ править править код ] Для того, чтобы ядра трития вступили в реакцию слияния с ядрами дейтерия, они должны преодолеть взаимное электростатическое отталкивание — кулоновский барьер. При такой высокой температуре кинетическая энергия ядер становится достаточной, чтобы кулоновский барьер был преодолён и термоядерная реакция «зажглась». После зажигания термоядерной реакции предполагается, что можно будет выключить внешние нагреватели плазмы или снизить их мощность. Ожидается, что термоядерная реакция станет самоподдерживающейся. Кроме того, можно задействовать для нагрева плазмы еще и центральный соленоид. Поднимая напряжение в соленоиде от нуля до 30 кВ, можно индуцировать в короткозамкнутом плазменном витке электрический ток. За счет омического нагрева выделяется дополнительное тепло. Такой способ нагрева называется индукционным. Electron Cyclotron Resonance Heating разогревает электроны плазменного шнура, а также используется для отвода тепла в определённых местах в плазме в качестве механизма минимизации нарастания определённых неустойчивостей, приводящих к охлаждению плазмы. Она выполняет роль «стартера» плазмы в начале выстрела, разогревая нейтральный газ, заполняющий вакуумную камеру. В качестве источников энергии применены гиротроны , каждый мощностью 1 МВт, рабочей частотой 170 ГГц и длительностью импульса более 500 с. Всего гиротронов 24.
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. 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.
Таким образом, для поддержания ядерных термоядерных реакций, которые включают поддержание стабильной температуры плазмы в сотни миллионов градусов по Цельсию, более горячей, чем даже ядро Солнца, необходимы сложные многослойные системы для управления катушками. Однако в новом исследовании исследователи показывают, что система ИИ может сама контролировать выполнение задачи. Исследователи обучили свою систему искусственного интеллекта на симуляторе токамака, в котором система путем проб и ошибок обнаружила, как справляться со сложностями магнитного удержания плазмы. После своего тренировочного окна ИИ перешел на следующий уровень — применяя в реальном мире то, чему он научился в симуляторе.