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

Обратный отсчет Обратный отсчет

Похудеть на 5 кг за неделю: 7 работающих способов

Лиза
12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно 12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно

Идеи завтраков с высоким содержанием белка

VOICE
Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры? Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры?

Как распознать тепловой удар у питомца и как его предотвратить?

Maxim
Физики напрямую измерили разность фаз слабого взаимодействия у дважды странных барионов Физики напрямую измерили разность фаз слабого взаимодействия у дважды странных барионов

Новая экспериментальная техника точных тестов для CP-симметрии

N+1
«Чудо дыхания. Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье». Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье «Чудо дыхания. Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье». Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье

Большинство из нас никогда не задумывались о том, как мы дышим

N+1
Boulevard Depo Boulevard Depo

Рэпер-абсурдист Boulevard Depo — о семье, стихах и книгах

Собака.ru
Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади

Знакомимся с очень любопытными местами неподалеку от Красной площади

Вокруг света
«Это как пойти в банкомат, снять деньги и сжечь их». Почему малому бизнесу не нужна собственная торговая марка «Это как пойти в банкомат, снять деньги и сжечь их». Почему малому бизнесу не нужна собственная торговая марка

Почему собственная торговая марка — беда для небольших компаний

Inc.
Самые ревнивые звездные девушки Голливуда: Джоли, Кардашьян, Кунис и другие Самые ревнивые звездные девушки Голливуда: Джоли, Кардашьян, Кунис и другие

Иногда ревность становится настоящей проблемой для звездных влюбленных пар

VOICE
Найден источник Черной Смерти — одной из самых смертоносных пандемий за всю историю Найден источник Черной Смерти — одной из самых смертоносных пандемий за всю историю

Черная смерть была первой волной 500-летней пандемии

ТехИнсайдер
Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт» Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт»

«Газлит» — политический триллер о Уотергейтском скандале

Forbes
Сколько световых лет от нас до самой далекой из известных галактик? Сколько световых лет от нас до самой далекой из известных галактик?

Астрономы точно измерили расстояние до самой старой и самой дальней галактики

ТехИнсайдер
Один большой HDD или два маленьких: что лучше? Один большой HDD или два маленьких: что лучше?

Что лучше – использовать один большой накопитель или два маленьких?

CHIP
Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины

Как добыча апатита спасла Русский Север

Вокруг света
Почему советское мороженое стало предметом культа Почему советское мороженое стало предметом культа

Вспоминаем времена, когда пломбир был единственным недефицитным продуктом

Maxim
Один выпал с 9 этажа и прожил 25 лет, а другой протянул почти полвека: 10 котов-долгожителей Один выпал с 9 этажа и прожил 25 лет, а другой протянул почти полвека: 10 котов-долгожителей

Давайте вместе позавидуем котам долгожителям и возьмем с них пример

ТехИнсайдер
Карта разума: что такое духовный интеллект и как его развить Карта разума: что такое духовный интеллект и как его развить

Во все времена находились люди, которые видели мир несколько иначе

Вокруг света
Другая история. Как экономист из Орска восстанавливает старинный Плес Другая история. Как экономист из Орска восстанавливает старинный Плес

Алексей Шевцов уже более четверти века занимается историческим сохранением Плеса

СНОБ
Классика для жизни Классика для жизни

«Следовать за мыслями великого человека есть наука самая занимательная»

Seasons of life
«Если бы ты не покупал каждый день кофе, то давно бы накопил на жильё» «Если бы ты не покупал каждый день кофе, то давно бы накопил на жильё»

Богатыми могут стать вообще все: главное — перестать тратить деньги на ненужное

VC.RU
Валерий Семикашев: «Мы умеем добывать нефть» Валерий Семикашев: «Мы умеем добывать нефть»

Что делать с тоннами углеводородов? Рассказывает заведующий лабораторий ИНП РАН

Эксперт
Как изготовить реактивный двигатель: наглядное пособие Как изготовить реактивный двигатель: наглядное пособие

Реактивный двигатель построить под силу каждому

ТехИнсайдер
«Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин? «Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин?

Как социальные нормы влияют на сексуальную самооценку мужчин?

Psychologies
Тайное значение твоего имени: как его узнать и как оно влияет на судьбу Тайное значение твоего имени: как его узнать и как оно влияет на судьбу

Как узнать тайное значение твоего имени и что делать с этой информацией

VOICE
Как не стоит делать пиар: уроки сериала «Не сработало» об экс-гендиректоре WeWork Как не стоит делать пиар: уроки сериала «Не сработало» об экс-гендиректоре WeWork

Где компания Адама Нойманна WeWork свернула не туда?

Forbes
Как выбрать ультрабук: на что обратить внимание при покупке Как выбрать ультрабук: на что обратить внимание при покупке

Гайд по выбору подходящей именно вам модели ультрабука

CHIP
На природе и в огороде На природе и в огороде

Как научиться замечать и использовать на кухне то, что растет под ногами

Новый очаг
20 имен для мальчиков и девочек, которые напомнят вам о лете 20 имен для мальчиков и девочек, которые напомнят вам о лете

Некоторые имена имеют самое прямое отношение к лету

Вокруг света
10 причин, почему тебя так любят комары. От группы крови до алкоголя 10 причин, почему тебя так любят комары. От группы крови до алкоголя

Почему некоторые люди особенно «неотразимы» для комаров?

Лиза
Обиженная герцогиня: как Меган Маркл вытеснили с балкона Букингемского дворца Обиженная герцогиня: как Меган Маркл вытеснили с балкона Букингемского дворца

Меган Маркл не подпускали на первый план во время официальных мероприятий

VOICE
Открыть в приложении