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

Как ты себя чувствуешь Как ты себя чувствуешь

Как понять свое тело и разрешить себе получать удовольствие

Cosmopolitan
Вместо Хургады — в полицию: 5 ходовых способов обмана россиян при покупке билетов Вместо Хургады — в полицию: 5 ходовых способов обмана россиян при покупке билетов

Как не попасться на уловки мошенников при планировании путешествия?

Вокруг света
Свернуть полетную программу: ботаники нашли у одуванчика механизм принятия решений Свернуть полетную программу: ботаники нашли у одуванчика механизм принятия решений

Растения умеют запрещать семенам отрываться

Вокруг света
Как Максим Как Максим

После событий в Беслане фотография "Русского танка" обошла весь мир

ТехИнсайдер
Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья

Египтяне использовали известково-восковую смесь для защиты бронзы

N+1
«Я стала трудоголиком, который ел на ужин мороженый йогурт». Как сохранить личные границы на работе и в жизни «Я стала трудоголиком, который ел на ужин мороженый йогурт». Как сохранить личные границы на работе и в жизни

Как научиться отстаивать свои интересы и перестать отказываться от себя

Inc.
Восходящий знак: почему асцедент важнее знака зодиака и как определить свой Восходящий знак: почему асцедент важнее знака зодиака и как определить свой

Рассказываем, как определить свой асцедент и что он означает

VOICE
Сапсари Сапсари

Сапсари — удивительные собаки из Кореи

Weekend
«Медвежья болезнь»: как кишечник командует нашим поведением и настроением «Медвежья болезнь»: как кишечник командует нашим поведением и настроением

Оказывается, вовсе не мозг и не желудок требуют от нас купить шоколадку

Psychologies
Энергетическая коллекция Энергетическая коллекция

Высокотехнологичное будущее российской энергетики и 11 ярких его примеров

ТехИнсайдер
Женщины, которые сняли сериал Женщины, которые сняли сериал

«Пронзительно громко» — сериал, предлагающий новую форму диалога о феминизме

ЖАРА Magazine
Как преуспеть в учебе: 3 совета нобелевского лауреата Как преуспеть в учебе: 3 совета нобелевского лауреата

Рассказываем о методике нобелевского лауреата, которая облегчает обучение

Psychologies
400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower 400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower

Механическое судно повторяет путь корабля Mayflower

Вокруг света
7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве 7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве

В Петербурге столько достопримечательностей, что можно ходить по нему бесконечно

Вокруг света
Математик — о том, зачем идти в науку и как себя вести молодому ученому Математик — о том, зачем идти в науку и как себя вести молодому ученому

Почему наука — это потребность, а не вопрос выбора

РБК
Одна вокруг света: горный картофель и сезон дождей Одна вокруг света: горный картофель и сезон дождей

174-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: северные Анды

Forbes
Труба, валторна и фрак Труба, валторна и фрак

Как важными свидетелями событий военного времени становятся личные вещи

Дилетант
Что делать, если машина сломалась в дороге: лайфхаки на случай внезапных ЧП Что делать, если машина сломалась в дороге: лайфхаки на случай внезапных ЧП

Как выполнить срочный ремонт, чтобы доехать до ближайшего автосервиса

Вокруг света
10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога 10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога

Развенчиваем самые популярные мифы о загаре и защитных средствах от солнца

Psychologies
Ещё раз о пользе интуитивного питания Ещё раз о пользе интуитивного питания

Наш организм сам способен разобраться, что ему нужно в данный момент?

Здоровье
Мимо туристических маршрутов. 7 неочевидных мест для отдыха в Турции Мимо туристических маршрутов. 7 неочевидных мест для отдыха в Турции

«Сноб» составил подборку небанальных мест для отдыха в Турции

СНОБ
Хороший босс в плохие времена. Как управлять людьми, когда в воздухе витает страх Хороший босс в плохие времена. Как управлять людьми, когда в воздухе витает страх

Отрывок из сборника статей «Управление во время кризиса»

Inc.
Как выглядит самая уродливая собака в мире Как выглядит самая уродливая собака в мире

В Калифорнии выбрали живое воплощение понедельников

Maxim
Альберт Суфияров Альберт Суфияров

Президент «Нева Милк» — об импортозамещении и отечественных сырах

Собака.ru
В Татрах обнаружили лагерь палеолитических охотников-собирателей В Татрах обнаружили лагерь палеолитических охотников-собирателей

Археологи обнаружили в Татрах лагерь палеолитических охотников-собирателей

N+1
Органический амин поглотил 99 процентов углекислого газа Органический амин поглотил 99 процентов углекислого газа

Химики научились собирать до 99 процентов углекислого газа из его смеси с азотом

N+1
Что нельзя говорить инспектору ГИБДД: откровения полицейских Что нельзя говорить инспектору ГИБДД: откровения полицейских

Инспекторы ГИБДД объяснили, как водителям быстрее пройти проверку

РБК
Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет

Человечество может потерять уникальную фауну и флору

Вокруг света
Репродуктивный психоз: сериал «Женщина в состоянии развода» о материнстве и обсессии Репродуктивный психоз: сериал «Женщина в состоянии развода» о материнстве и обсессии

Сериал: стоматолог Вера пытается наполнить любовью внезапно опустевшую жизнь

Forbes
Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов

Археолог-любитель обнаружил фрагмент меча эпохи викингов

N+1
Открыть в приложении