Как на промышленных предприятиях воспитывают сибирского КОТа

НаукаHi-Tech

Сибирский КОТ, или Прототип термоядерного реактора нового поколения

Во Франции за десятки миллиардов евро конструируют гигантский демонстратор возможности использования термоядерной энергии ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Физики в Сибири и в США строят у себя установки поменьше.

Мария Роговая

Экспериментальная установка КОТ

Промышленный реактор, созданный на основе ITER, когда-нибудь заменит человечеству углеводородное топливо. В прошлом году в Институте ядерной физики СО РАН в Новосибирске введена в эксплуатацию новая экспериментальная установка КОТ — компактный осесимметричный тороид. Машина представляет собой небольшой цилиндр с горячей плазмой внутри вакуумной камеры, где при ста миллионах градусов должны происходить термоядерные реакции с выделением энергии.

Примером природного термоядерного котла служит Солнце. Внутри него непрерывно происходят ядерные реакции «горения» водорода и превращения его в гелий, в результате выделяется колоссальная энергия. В Солнце удержание вещества происходит за счет его огромной гравитации, поэтому повторить в лаборатории такой сценарий невозможно. В земных условиях удерживать плазму достаточное время для протекания термоядерных реакций реально с помощью магнитного поля, создаваемого витками с током. Только, в отличие от металла, плазма не притягивается магнитом, а отталкивается от него. Это существенно усложняет задачу физикам: плазма старается покинуть область удержания и погибнуть на стенках вакуумной камеры еще до начала протекания термоядерных реакций.

Проблемы удержания и стабилизации плазмы — это ключевые задачи для получения термоядерной энергии. Поведение плазмы можно рассчитать только для немногих простых случаев. Дело в том, что, в отличие от газа, плазма имеет гораздо больше степеней свободы из‑за магнитных и электрических полей, влияющих на движение отдельных частиц. Поэтому поведение плазмы слабо предсказуемо и требует больших вычислительных мощностей. Чтобы просчитать всего лишь одну тысячную долю секунды из жизни плазмы в реакторе (проследить, куда она полетела и как погибла), сегодня требуется месяц работы обычного компьютера. Вот и ответ на вопрос, почему физика плазмы до сих пор является фундаментальной наукой, а не прикладной. Выход только один — эксперименты, а это очень затратно.

В настоящее время множество научных коллективов во всем мире усилено занимаются работами в области УТС (управляемый термоядерный синтез). Сюда относятся крупные международные коллективы и стартапы по теме открытых магнитных систем, в том числе в ИЯФ СО РАН, где работают несколько экспериментальных установок и ведутся работы по физике плазмы. Тут изучают поведение стенок вакуумной камеры термоядерного реактора при интенсивном нейтронном потоке. На установке КОТ проводят эксперименты и создают базу данных для установки следующего поколения. Она должна будет демонстрировать технологии УТС и показать все преимущества открытых магнитных систем. Сильная интернациональная команда ученых работает на коммерческой установке C‑2W/ Norman компании TAE Technologies в Калифорнии. С этой компанией ИЯФ давно и успешно сотрудничает. Установка КОТ и американская C‑2W схожи по физическому принципу, заложенному в основу формирования и удержания плазмы.

Какие бывают термоядерные реакторы

Реакторы типа «токамак» — это замкнутые тороидальные камеры с магнитными катушками. В установках типа «токамак», в частности, в крупнейшей в мире установке ITER, горячая плазма находится в замкнутой камере, поэтому выделение энергии происходит с минимальными потерями. Но такая конструкция имеет массу ограничений по характеристикам магнитного поля и требует огромных вложений. Температура плазмы внутри камеры составляет более ста миллионов градусов, и даже самые огнеупорные материалы сверхпроводящей обмотки начинают испаряться и загрязнять плазму, которая из‑за этого меняет параметры, что приводит к затуханию процесса.

Небольшая установка КОТ отличается от ITER не только своими скромными размерами, но и всей конструкцией. В ней плазма находится не в замкнутом пространстве: отработала — и вышла. В такой системе намного меньше нерешаемых вопросов и проблем, чем в замкнутой. Установки открытого типа похожи на бутылку бездна с двумя горлышками, направленными в разные стороны. После выделения энергии отработанная плазма свободно вытекает из магнитной ловушки через симметрично расположенные горлышки. А в камеру вместо отработанного топлива поступает новая порция сжатого газа — смеси дейтерия и трития. Для удачной эксплуатации важно лишь добиться, чтобы плазма горела как можно дольше и стабиль‑ нее. Сейчас коллектив сибирских ученых работает над проблемой нагрева плазмы и ее стабилизации.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Самолет комсомольцев Самолет комсомольцев

Уникальный авиационный проект, созданный комсомольцами и на деньги комсомола

Популярная механика
Что с нами происходит, когда мы ссоримся? Что с нами происходит, когда мы ссоримся?

Почему некоторые пары постоянно ссорятся?

Psychologies
У меня в глазу спектрометр: инструкция по разложению света невооруженным взглядом. У меня в глазу спектрометр: инструкция по разложению света невооруженным взглядом.

Мы все носим с собой спектрометры

N+1
Энтомологи усомнились в скором вымирании монархов Энтомологи усомнились в скором вымирании монархов

Вопреки популярному мнению, бабочки монархи не находятся на грани вымирания

N+1
«Живите как горностай»: совет, проверенный временем «Живите как горностай»: совет, проверенный временем

Хватайтесь зубами за свое предназначение и не отпускайте его

Psychologies
Как развить самодисциплину: японские правила жизни Как развить самодисциплину: японские правила жизни

Как самодисциплина помогает японцам справляться с жизненными трудностями?

Psychologies
Ранний час: 4 причины назначать важные дела на утро Ранний час: 4 причины назначать важные дела на утро

Несколько аргументов в пользу привычки назначать важные дела на утро

Psychologies
Ближе к звездам: как Эмма Грид помогает семейству Кардашьян строить бизнес-империю Ближе к звездам: как Эмма Грид помогает семейству Кардашьян строить бизнес-империю

Как Эмма Грид заработала себе место в рейтинге богатейших женщин США

Forbes
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
О чем не сняли кино: настоящие приключения графа Калиостро в России О чем не сняли кино: настоящие приключения графа Калиостро в России

Дорог в жизни Алессандро Калиостро было великое множество

Вокруг света
Без макияжа и спеси: первые и трогательные снепы Хадид, Клосс, Шейк и других моделей Без макияжа и спеси: первые и трогательные снепы Хадид, Клосс, Шейк и других моделей

Как выглядели кумиры мира моды на самом старте их карьеры?

VOICE
11 вещей, которые в России пока еще лучше, чем в США 11 вещей, которые в России пока еще лучше, чем в США

Список, от которого гордость встает дыбом на голове!

Maxim
Hydra Hydra

Основательницы проекта Hydra — как доходчиво говорить об экологии

Собака.ru
Модифицировать риск — благородное дело Модифицировать риск — благородное дело

Нездоровый образ жизни — основная причина большого количества заболеваний

Наука
Солнечный удар: как не допустить и избавиться от последствий Солнечный удар: как не допустить и избавиться от последствий

Учимся предотвращать солнечный удар и помогать себе и близким

РБК
«Считаю себя некрасивой»: нормально ли это? «Считаю себя некрасивой»: нормально ли это?

Как увидеть и открыть истинную красоту в себе?

Psychologies
Забытая резиденция: история усадьбы Царицыно от «проклятого» дворца до чеховских дач Забытая резиденция: история усадьбы Царицыно от «проклятого» дворца до чеховских дач

Екатерина выкупила эти земли за 25 тыс. рублей. Так началась история Царицына

Вокруг света
Веломаршруты по Москве, Подмосковью, Санкт-Петербургу и Ленинградской области Веломаршруты по Москве, Подмосковью, Санкт-Петербургу и Ленинградской области

Где кататься на велосипеде в Москве и Санкт-Петербурге?

СНОБ
Молотов в Берлине Молотов в Берлине

О чем наркоминдел беседовал в Берлине с Гитлером

Дилетант
В магическом трехслойном графене нашли два режима сверхпроводимости В магическом трехслойном графене нашли два режима сверхпроводимости

Физики исследовали сверхпроводимость в трехслойном графене

N+1
Вот как защититься от укуса комаров: так насекомые больше не будут вам надоедать Вот как защититься от укуса комаров: так насекомые больше не будут вам надоедать

У нас есть для вас пара секретов, которые помогут избежать укусов комаров

ТехИнсайдер
Правила жизни Принса Правила жизни Принса

Музыкант, умер 21 апреля 2016 года в городе Шанхассен, штат Миннесота

Правила жизни
Свободное падение Свободное падение

Как купающиеся марсельские докеры вдохновили на революционные изменения

Вокруг света
Счастливые молодожены: опубликованы первые свадебные фото Бритни Спирс и Сэма Асгари Счастливые молодожены: опубликованы первые свадебные фото Бритни Спирс и Сэма Асгари

Сэм Асгари и Бритни Спирс стали мужем и женой

VOICE
Вопрос дня: всем ли нужно быть лидером? Вопрос дня: всем ли нужно быть лидером?

«Сноб» спросил участников клуба: всем ли нужно быть лидером?

СНОБ
Обезболить нельзя терпеть Обезболить нельзя терпеть

Всегда ли, стремясь поскорее заглушить боль, мы помним о безопасности?

Здоровье
Как возобновить отношения с бывшим партнером (и стоит ли)? Как возобновить отношения с бывшим партнером (и стоит ли)?

Стоит ли пытаться вернуть бывшего партнера?

Psychologies
Говорить о раке вслух: как Фонд борьбы с лейкемией ищет доноров в условиях кризиса Говорить о раке вслух: как Фонд борьбы с лейкемией ищет доноров в условиях кризиса

Почему в России не хватает доноров костного мозга

Forbes
Что делать, если у вас заложило уши: лучшие способы справиться с проблемой Что делать, если у вас заложило уши: лучшие способы справиться с проблемой

Как справиться с заложенностью в ухе?

ТехИнсайдер
Ешь, танцуй, люби Ешь, танцуй, люби

Какие вещи поддерживают и вдохновляют телеведущую Аврору

Новый очаг
Открыть в приложении