На основе принципа токамака строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции. Специалисты Национального исследовательского университета «МЭИ» запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. Демонстрационный термоядерный реактор (ДЕМО) станет следующим этапом в подготовке к использованию термоядерной энергии в промышленных масштабах. Личным рекордом по длительному удержанию разогретой плазмы может похвастаться термоядерный реактор под названием Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST.
Публикации
- ГОСУДАРСТВЕННАЯ ФЕЛЬДЪЕГЕРСКАЯ СЛУЖБА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ГФС России)
- Таинственная темная материя обнаружена в космосе, как никогда раньше
- ГОСУДАРСТВЕННАЯ ФЕЛЬДЪЕГЕРСКАЯ СЛУЖБА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ГФС России)
- Российские учёные разработали новый материал для термоядерного реактора
- Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд
- Россия отправила во Францию катушку для получения плазмы в термоядерном реакторе
Эра термоядерного синтеза
Термоядерный реактор основан на реакции синтеза изотопов водорода, поэтому он гораздо более экологичный и безопасный по сравнению с существующими атомными реакторами. 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. Демонстрационный термоядерный реактор (ДЕМО) станет следующим этапом в подготовке к использованию термоядерной энергии в промышленных масштабах. Они создают магнитное поле вокруг плазменного тора индукцией 11,8 Тл и запасают энергию 41 гигаджоулей.
В плазменном фокусе: «Росатом» и МИФИ разработали термоядерный мини-реактор
В 2021 году на японском реакторе произошло короткое замыкание в катушке сверхпроводящего магнита. В традиционных конструкциях эта схема разделяет лазерный луч на два потока, один из которых огибает плазму в реакторе, а другой проходит сквозь нее. Для реактора на DT нейтронное излучение, уносящее 86% энергии термоядерной реакции будет настоящим бичом, быстро разрушающим и активирующим конструкционные материалы.
Заявка успешно отправлена!!
- Zap Energy зажгла в прототипе термоядерного реактора нового поколения FuZE-Q первую плазму / Хабр
- В РФ успешно получена первая термоядерная плазма на токамаке Т-15МД —
- Как учёные «ловят плазму»? О перспективах ядерной энергетики репортаж из ИЯФ СО РАН
- Полезные ссылки
- На российском токамаке Т-15МД получена первая термоядерная плазма
Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд
Достоинство этого метода заключается в том, что его можно будет применять непосредственно в реакторе, замеряя количество поглощенного водорода между плазменными разрядами. Специалисты Национального исследовательского университета «МЭИ» запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. Развитие теории магнитного удержания плазмы (Magnetic Fusion Confinement, или MFE) в реакторе прошло три этапа.
Как учёные «ловят плазму»? О перспективах ядерной энергетики репортаж из ИЯФ СО РАН
Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. В этом проекте ученые занимаются расчетами пристеночной плазмы, а именно вопросами, как и какие примеси будут поступать в реактор, как будет перераспределяться мощность. Наконец удалось получить плазменный разряд с температурой в 40 млн градусов по Цельсию, что вдвое выше температуры в центре Солнца. Подобный термоядерный реактор должен помочь заменить атомные электростанции и работать на безопасном и доступном топливе – дейтерии и тритии. Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер. Подобный термоядерный реактор должен помочь заменить атомные электростанции и работать на безопасном и доступном топливе – дейтерии и тритии.
В России протестировали самую мощную плазменную установку в мире
Если термоядерный синтез будет освоен, то это должно решить все энергетические проблемы человечества. Следует сразу оговориться, что для синтеза более тяжёлых ядер из лёгких необходимо, чтобы исходные лёгкие ядра сблизились на очень малые расстояния, где начинают играть роль ядерные силы притяжения, превалирующие над электрическими силами отталкивания. Для того чтобы в веществе шли интенсивно термоядерные реакции, оказывается, что его нужно нагреть до таких температур или сжать до таких давлений , что оно заведомо будет находиться в плазменном состоянии. Именно по этой причине задача управляемого термоядерного синтеза стала практически неразрывно связанной с физикой плазмы. Удержание плазмы в лабораторных условиях осуществляется при помощи внешних магнитных полей. В нашей стране в начале 50-х годов XX века было предложено несколько схем магнитных ловушек. Так, в 1950 году А. Сахаров и И. Тамм предложили удерживать плазму в тороидальном магнитном поле, дополнительно пропуская по плазме электрический ток для её нагрева и стабилизации. Поскольку силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, то такие системы называются закрытыми.
Именно это направление сейчас является наиболее развитым. Аналогичную идею удержания плазмы в закрытых системах высказал Лайман Спитцер в 1951 году, который предложил создавать дополнительное магнитное поле не током, протекающим по плазме, а внешними магнитными катушками достаточно сложной формы. Подобные системы называются стеллараторами от лат. По проекту первая плазма на данной установке будет получена в 2025 году, а к 2035 году токамак должен будет экспериментально продемонстрировать физическую возможность получения энергетически эффективной термоядерной реакции в квазистационарном режиме. Будкером был предложен иной способ удержания плазмы во внешнем магнитном поле такой же способ удержания, независимо от Г. Будкера, был выдвинут Р. Заряженные частицы в магнитном поле движутся по окружности, центр которой смещается вдоль силовых линий если имеется ненулевая скорость частицы в направлении вдоль силовой линии , соответственно они обладают ненулевым моментом импульса. Как известно из курса механики, в замкнутых системах существует закон сохранения момента импульса, который проявляется в том, что если вы попытаетесь наклонить вращающееся тело, то возникнет возвращающая сила, именуемая гироскопической. Именно этот закон сохранения обеспечивает вашу устойчивость при движении на двухколёсном велосипеде.
То же самое справедливо и для движущихся заряженных частиц: если происходит искривление силовой линии магнитного поля магнитное поле меняется по длине установки , то на частицу неизбежно начинает действовать сила, которая будет возвращать частицу в исходное положение, и если эта сила больше некоторого значения, то частица от такого «искривления силовой линии» отразится в противоположную сторону, как от зеркала поэтому в иностранной литературе установки, реализующие данный принцип, называются магнитными зеркалами, в русскоязычной нотации — пробкотрон.
Указ об этом подписал президент Владимир Путин. Одним из направлений этой программы является Федеральный проект "Термоядерные и плазменные технологии".
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. 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. 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.
Поэтому используются отрицательные ионы, которые захватывают электроны в специальном радиочастотном разряде в среде плазмы дейтерия, экстрагируются и разгоняются высоким положительным потенциалом 1 МВ по отношению к источнику ионов , затем нейтрализуются в газовой ячейке. Оставшиеся заряженными ионы отклоняются электростатическим полем в специальную охлаждаемую водой мишень. При потреблении примерно 55 МВт электроэнергии, каждый из двух планируемых на ITER инжекторов нейтральных атомов способен вводить в плазму до 16 МВт тепловой энергии. Криостат[ править править код ] Криостат [30] [31] — самый большой компонент токамака. Внутри криостата будут располагаться остальные элементы машины. Криостат, помимо механических функций опора деталей токамака и их защита от повреждений будет выполнять роль вакуумного «термоса», являясь барьером между внешней средой и внутренней полостью. Для этого на внутренних стенках криостата размещены тепловые экраны, охлаждаемые азотным контуром 80 К. Криостат имеет множество отверстий для доступа к вакуумной камере, трубопроводов системы охлаждения, фидеров питания магнитных систем, диагностики, дистанционного манипулятора, систем нагрева плазмы и других. Доставить сборку таких размеров целиком тяжело и дорого, поэтому было принято решение конструктивно разбить криостат на четыре крупных фрагмента поддон, две цилиндрические обечайки и крышка. Каждый из этих фрагментов будет собираться из более мелких сегментов. Всего сегментов 54. Их производством занята Индия. Затем фрагменты, после сборки в Здании криостата, по очереди будут перемещены и установлены на место — в шахту реактора [33]. Для снижения влияния нейтронного излучения токамака на окружающую среду криостат будет окружён «одеялом» из специального бетона, которое называют «биозащита» англ. Толщина биозащиты над криостатом составит 2 м. Эти выступы на сайте ITER называют «короной» «crown». Арматура элементов короны имеет очень сложный макет; для приготовления бетона будет использован гравий , добываемый в Лапландии [34]. Control, Data Access and Communication — управление, доступ к данным и связь является основной системой управления при эксплуатации ИТЭР-токамака. В настоящий момент команда проводит консультации с ведущими институтами и привлечёнными компаниями в целях принятия наилучших технических решений для ИТЭР. Central Safety Network — Сеть централизованной защиты ; терминалы; датчики. Организационно вся система управления делится на следующие подразделения: Центральный контроль и автоматизация, мониторинг и обработка данных Central supervision and automation, monitoring and data handling. Отображение данных и управление HMI англ. Human Maсhine Interface. Подразделение включает в себя терминалы и мнемосхемы, системы Центральной блокировки CIS англ. Central Safety System. Обе системы обладают собственными регистраторами параметров. Группа управления ITER англ. В составе два сервера: сервер обслуживания и приложений; шлюз доступа к каналам данных. Система токамака англ.
Поддерживаемый Биллом Гейтсом стартап по термоядерному синтезу превзошел температуру Солнца
| Термоядерный реактор KSTAR смог удержать раскалённую плазму в течение 30 секунд | В последний день 2021 года китайские учёные сообщили, что их опытный термоядерный реактор EAST нагрел плазму до 70 миллионов градусов и удерживал её 1056 секунд. |
| Прорыв в физике: ИИ успешно управляет плазмой в эксперименте по ядерному синтезу | Специалисты Национального исследовательского университета "МЭИ" запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. |
| Прототип российского термоядерного реактора: для чего он необходим? | В настоящее время уже существуют различные проекты гибридных реакторов, в которых плазменным источником нейтронов служит токамак. |
| Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения | вы делаете те новости, которые происходят вокруг нас. |
PRL: открытие новых колебаний плазмы позволит улучшить ускорители и реакторы
Это приводит к «запуску» специфических реакций, в результате крупные молекулы расщепляются на более мелкие, которые можно использовать во многих химических процессах. Чтобы оценить эти преимущества, ученые из Нижегородского государственного технического университета собрали установку плазменного пиролиза нефти, состоящую из реактора, системы регистрации электрических зарядов и блока сбора образующихся газов. Объем реактора составил 300 куб. Авторы исследования провели эксперимент, в ходе которого заливали мазут между двумя электродами при напряжении 500 вольт.
Эту новость создала «Балабоба» — языковая модель Яндекса, проще говоря — нейросеть. Она не понимает, что говорит, мы просто даем ей на вход первые несколько слов. Дальше алгоритм на основании обученной языковой модели генерирует текст.
Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.
Получение первой плазмы на установке ИТЭР запланировано на 2025 год, выход на полную мощность — на 2035 год. Недавно о желании присоединиться к проекту заявили Австралия и Иран. Это еще одна из важнейших задач, которую должен решить ИТЭР. Кстати, бланкет и дивертор — основные плазменные компоненты.
Следует отметить, что первая стенка реактора, та, что ближе всего к плазме, всего в трех метрах от нее, — неотъемлемая часть бланкета. Идея разделения этих двух компонентов была отброшена в 1980-х годах; ученые пришли к их унификации для удобного и безопасного обслуживания. Бланкет со встроенной наработкой трития и интегрированной первой стенкой реактора обеспечит защиту от высокоэнергетических нейтронов. В ИТЭР первая стенка будет изготовлена из бериллия, а для остальной поверхностной структуры будут использоваться высокопрочные медные сплавы и нержавеющая сталь. Для удобства обслуживания защитная стенка внутри реактора модульная, состоящая из 440 сегментов. Дивертор от англ.
Его главная функция — минимизировать плазменное загрязнение, а также отводить тепловые и нейтронные нагрузки от стенок реактора. Дивертор будет состоять из 54 кассетных сборок с опорной конструкцией из нержавеющей стали, бронированной вольфрамовыми плитками. Три главных плазменных звена: внутренняя и внешняя вертикальные мишени, центральный купол — составляют диверторную сборку. И для дивертора, и для бланкета будет внедрена система охлаждения, отводящая тепло от этих устройств и преобразовывающая его в электрическую энергию. Вид вакуумного сосуда с основными положениями компонентов, обращенных к плазме: первой стенки, бланкета и дивертора Рис. Вид в поперечном разрезе основных компонентов стенки токамака Рис.
Схематическое изображение диверторного узла Осторожно, «горящая плазма»! Один из важнейших критериев проекта — безопасность. При осуществлении термоядерного синтеза не инициируется цепная реакция, а значит, при любом нарушении или прекращении подачи топлива плазма охлаждается в течение нескольких секунд и затухает, словно пламя. Тритий, содержащийся в топливе, будет вырабатываться в замкнутом контуре, поэтому должны строго соблюдаться меры безопасности при обращении с тритиевым топливом внутри реактора. Тритий — слабый бета-излучатель, он не проникает в человеческую кожу, но очень токсичен для организма при попадании через дыхательные пути. ИТЭР был разработан для защиты от выброса трития и воздействия радиоактивности на работников.
Также стоит учесть активацию внутренних компонентов и плазменной камеры при взаимодействии с нейтронами высокой энергии. Материалы внутри реактора могут быть загрязнены небольшим количеством радиоактивной пыли. Но потенциальные отходы будут обрабатываться, упаковываться и храниться прямо на месте, а период полураспада большинства радиоизотопов, содержащихся в этих отходах, составит менее 10 лет. Таким образом, в течение 100 лет радиоактивность материалов уменьшится настолько, что их можно будет переработать и в дальнейшем использовать на других термоядерных установках. ИТЭР находится в области с умеренной сейсмической активностью, однако строится из специально армированного бетона и опирается на плиты, рассчитанные на землетрясения; сейсмические датчики вокруг площадки контролируют даже незначительную сейсмическую активность. В дизайн проекта ИТЭР заложены несколько защитных барьеров: корректный выбор надежных современных материалов поможет минимизировать количество отходов будущих термоядерных реакторов; системы активного плазменного отключения, быстрого разряда и отвода тепла, а также сейсмический контроль не допустят аварии; специальная система вентиляции и пониженное давление в здании реактора предотвратят утечку трития и распространение радиоактивной пыли за пределы здания.
В научном институте Росатома создали импульсный ускоритель плазмы для будущей исследовательской ядерной установки 19 октября 2022 Специалисты Троицкого института инновационных и термоядерных исследований АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом» — АО «Наука и инновации» создали новый мощный импульсный ускоритель плазмы, конденсаторный накопитель для его питания с запасаемой энергией 2,2 мегаджоуля, а также комплекс плазменной диагностики. Эти устройства станут основой для компактного интенсивного источника нейтронов, предназначенного для испытаний элементов термоядерных реакторов. Его создание планируется завершить в Троицке к 2024 году. Работа ведется в рамках федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий», включенного в комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года» КП РТТН. В 2022 — 2023 гг.
Проблема термоядерного реактора оказалась преимуществом для плазменного двигателя
Основная проблема заключается в том, чтобы получить от него большее количества энергии , чем он потребит. Основным минусом реакторов типа токамак является такая высокая температура плазмы, которой на Земле просто не существует. Именно поэтому плазму приходится удерживать электромагнитным полем, на поддержание которого уходит большая часть энергии, потребляемой реактором. Ранее Readovka сообщала что правительство РФ выделит Правительство РФ выделит 1,2 трлн на наукуЧернышенко назвал объем финансирования 1,2 трлн на науку.
Ожидается, что работы завершат в декабре 2025 года, тогда же произойдет и получение первой плазмы При этом эксперименты с плазмой начнутся не ранее 2035 года. В случае успеха, ITER положит начало использования человечеством нового экологически чистого и эффективного источника энергии. Он считается одной из самых сложных физических установок, которые когда-либо создавались человеком.
Катушки реактора могут генерировать очень сильное комбинированное магнитное поле, что и позволяет так долго удерживать разогретую плазму. В результате нагрева материала в камере реактора до очень высокой температуры, он превращается в плазму, при этом от атомов вещества начинают отделяться электроны. Далее электроны, представляющие собой свободно движущиеся заряженные частицы, удерживаются сильным магнитным полем. Разогрев плазменного шнура происходит за счет пропускания сквозь него очень сильного электрического тока, что также способствует удержание шнура в равновесии в вакууме камеры, за счет создания разности магнитных потенциалов.
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. Они расположены в Здании радиочастотного нагрева и передают свою энергию по волноводам, длина которых составляет 160 м. Производством гиротронов заняты Япония, Россия, Европа и Индия.
В конце февраля 2015 года Япония продемонстрировала первый произведённый гиротрон. Все гиротроны предполагалось поставить в ITER в начале 2018 года [27]. Для ввода энергии в вакуумную камеру служат окна из поликристаллического искусственного алмаза. Диаметр каждого алмазного диска 80 мм, а толщина 1,1 мм.
Алмаз выбран потому, что прозрачен для СВЧ излучения, прочен, радиационно стоек и обладает теплопроводностью в пять раз выше, чем у меди. Производством этих кристаллов занята лаборатория во Фрайбурге. Всего для ITER будет поставлено 60 алмазных окон [28]. Ion Cyclotron Resonance Heating разогревает ионы плазмы.
Принцип этого нагрева такой же, как и бытовой СВЧ-печи.
Петербургские инженеры испытывают детали для экспериментального термоядерного реактора
Кубок Жизни 1, CO2, CuO2, CH3, ZnO, MgO. Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер. Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер.