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

Счастье быть женщиной Счастье быть женщиной

У многих из нас есть ложные убеждения и установки, мешающие наслаждаться сексом

Лиза
Движение вверх Движение вверх

Мастопексия — «интеллигентная» операция по подтяжке груди

Собака.ru
5 фантастических книжных новинок, которые стоит прочесть этим летом 5 фантастических книжных новинок, которые стоит прочесть этим летом

Миры, созданные писателями, рано или поздно становятся реальностью

ТехИнсайдер
Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи? Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи?

Почему «Ласковый май» оказался таким значимым проектом в нашей поп-культуре?

Psychologies
Люди находят друзей по запаху: необычное исследование израильских ученых Люди находят друзей по запаху: необычное исследование израильских ученых

Новые знакомые, пахнущие так же, как мы, вызывают у нас неосознанную симпатию

Psychologies
Женщина из некрополя аварского периода пострадала от туберкулезного остеомиелита Женщина из некрополя аварского периода пострадала от туберкулезного остеомиелита

Палеопатологи исследовали останки VIII века, обнаруженные в Венгрии

N+1
5 самых скандальных фото-фейков в истории 5 самых скандальных фото-фейков в истории

Самые скандальные фото-фейки из тех, что известны на сегодня

ТехИнсайдер
Мировой кубок Мировой кубок

Как создали чемпионат мира по футболу

Вокруг света
«Сын разрушил нашу семью»: Лиам Пейн разорвал отношения с Шерил Коул «Сын разрушил нашу семью»: Лиам Пейн разорвал отношения с Шерил Коул

Лиам Пейн поделился откровениями о личной жизни

VOICE
Как сформировать новые полезные привычки? Как сформировать новые полезные привычки?

Как формируются привычки и почему с возрастом нам все сложнее переучиваться?

СНОБ
Сапсари Сапсари

Сапсари — удивительные собаки из Кореи

Weekend
Тонкости альпинизма: как подготовиться к восхождению на Эльбрус Тонкости альпинизма: как подготовиться к восхождению на Эльбрус

Как покорить Эльбрус?

ТехИнсайдер
История крупнейшего ограбления поезда начала XX века История крупнейшего ограбления поезда начала XX века

Масштабная операция по ограблению почтового поезда в императорской России

СНОБ
Депрессия, торг, зеленый чай. Как пережить две попытки суицида и построить бизнес на успокоительных свойствах чая Депрессия, торг, зеленый чай. Как пережить две попытки суицида и построить бизнес на успокоительных свойствах чая

Как депрессия и чай могут помочь открыть свое дело

Inc.
Датчик коленвала: что это и как его проверить Датчик коленвала: что это и как его проверить

Как понять, что датчик коленвала захандрил и что делать в такой ситуации?

РБК
Люди Веры Люди Веры

Каждый день наши герои помогают людям жить

Seasons of life
Археологи обнаружили на турецком побережье четыре местонахождения с орудиями нижнего палеолита Археологи обнаружили на турецком побережье четыре местонахождения с орудиями нижнего палеолита

Артефакты могут указать на маршрут расселения древних людей

N+1
Твердая жидкость: чем способен удивить обычный кетчуп Твердая жидкость: чем способен удивить обычный кетчуп

Что не так с кетчупом?

Вокруг света
Потрясающие времена Потрясающие времена

Startup Village – это мероприятие для общения предпринимателей с инвесторами

ТехИнсайдер
6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно 6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно

Употребление пива в количествах даже 1-2 бутылочки в день очень опасно

Maxim
Физики увидели атомные куперовские пары Физики увидели атомные куперовские пары

Применили технику времяпролетной визуализации к вырожденному атомному ферми-газу

N+1
Водное отбеливание: это щадящее летнее окрашивание покорило всех модниц ТикТока — попробуй его! Водное отбеливание: это щадящее летнее окрашивание покорило всех модниц ТикТока — попробуй его!

Модницы сошли с ума по необычной технике окрашивания!

VOICE
Какие бывают пищевые добавки, и стоит ли их бояться Какие бывают пищевые добавки, и стоит ли их бояться

Стоит ли избегать продуктов с «Е» в составе?

ТехИнсайдер
«​У чатов и крипты извилистый и неприятный путь»: почему Discord не самое безопасное пристанище для криптосообществ «​У чатов и крипты извилистый и неприятный путь»: почему Discord не самое безопасное пристанище для криптосообществ

Крипта и Discord: как работают хакеры и чем оправдывается компания

VC.RU
Возьму – пригодится! Возьму – пригодится!

Советы психолога, как перестать покупать ненужные вещи

Лиза
Живущие в неволе черепахи отказались стареть Живущие в неволе черепахи отказались стареть

Скорость старения многих видов черепах при содержании в неволе равна нулю

N+1
Комбинация астрофизических и лабораторных данных уточнила параметры нейтронных звезд Комбинация астрофизических и лабораторных данных уточнила параметры нейтронных звезд

Уточнены ограничения на уравнение состояния нейтронной материи

N+1
6 дней, которые потрясли мир: как молодому Израилю удалось победить в войне на 3 фронта 6 дней, которые потрясли мир: как молодому Израилю удалось победить в войне на 3 фронта

Он передал в штаб одно слово, «виноград». Этот условный сигнал означал — «война»

Вокруг света
Когда надежды были большими Когда надежды были большими

Что нам осталось от Виктора Цоя

Weekend
Как найти смысл жизни при любых обстоятельствах: примеры из практики Виктора Франкла Как найти смысл жизни при любых обстоятельствах: примеры из практики Виктора Франкла

Отрывок из книги Виктора Франкла «О смысле жизни»

Psychologies
Открыть в приложении