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

Cостояние: «Ушли в онлайн» Cостояние: «Ушли в онлайн»

Продолжаем делиться интересными вариантами досуга, которые мы почерпнули из Сети

Лиза
Гид под модным джинсам Кендалл Дженнер - принцессы стритстайла Гид под модным джинсам Кендалл Дженнер - принцессы стритстайла

В джинсах мисс Кендалл Дженнер точно знает толк

VOICE
Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде

Болливуд: бессмысленный и беспощадный мир индийского кино

Вокруг света
Как почистить столовые приборы до блеска: серебро, нержавейка и дерево Как почистить столовые приборы до блеска: серебро, нержавейка и дерево

Что делать, если налет на столовых приборах так просто не оттирается?

ТехИнсайдер
Исследование: половое воспитание помогает детям избежать насилия и получить помощь Исследование: половое воспитание помогает детям избежать насилия и получить помощь

Знания о сексуальном здоровье помогают избегать опасных ситуаций

Forbes
Середина девяностых. Как создавались «Детки» — фильм, лишивший невинности американский кинематограф Середина девяностых. Как создавались «Детки» — фильм, лишивший невинности американский кинематограф

Как создавался и чем запомнился фильм, лишивший невинности кинематограф США

Правила жизни
Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две

Задумавшись об автомобиле на отпуск, сперва мы вспомнили про сервис подписки

Maxim
Жанна Фриске, мы скучаем! Яркие моменты из жизни певицы в фотографиях Жанна Фриске, мы скучаем! Яркие моменты из жизни певицы в фотографиях

Вспоминаем короткую, но, безусловно, яркую жизнь Жанны Фриске

VOICE
Мир после запятой Мир после запятой

Как метрология помогает наукам развиваться, а людям объединяться

Наука и жизнь
Отрывок из новой книги Сергея Минаева «Бунт и смута на Руси» Отрывок из новой книги Сергея Минаева «Бунт и смута на Руси»

Пять историй о крещении Руси, опричнине и смуте, декабристах и Распутине

СНОБ
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
Болливудские драмы и MBA из подвала: к чему готовиться предпринимателю в Индии Болливудские драмы и MBA из подвала: к чему готовиться предпринимателю в Индии

Как современному предпринимателю вести бизнес в Индии?

Forbes
Ученые открыли новый тип соединений в атмосфере — гидротриоксиды. Рассказываем, чем они опасны Ученые открыли новый тип соединений в атмосфере — гидротриоксиды. Рассказываем, чем они опасны

Гидротриоксиды — чрезвычайно реактивные и опасные вещества

Вокруг света
Виктория Портфолио Виктория Портфолио

Блогер-феномен Виктория Портфолио сделала из себя новое медиа

Собака.ru
«Разговоры о прошлом сами по себе не могут нас исцелить»: главный миф о психотерапии «Разговоры о прошлом сами по себе не могут нас исцелить»: главный миф о психотерапии

Как работает психотерапия?

Psychologies
Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых? Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых?

За сорок лет склоны Альпийских гор стали зеленее на 77%, и это только начало

Вокруг света
У нептичьих динозавров впервые обнаружили пупок У нептичьих динозавров впервые обнаружили пупок

У небольших растительноядных динозавров был пупок

N+1
Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи

О самом крупном ограблении банка в Российской империи

СНОБ
Прожито Прожито

Проект «Прожито»: эго-cвидетельства и блокадные дневники

Собака.ru
Черный дым из выхлопной трубы: причины и способы их устранения Черный дым из выхлопной трубы: причины и способы их устранения

О каких «заболеваниях» ДВС свидетельствует черный дым?

РБК
Автомобили ретро: 7 самых дорогих машин в истории, продававшихся на аукционе. Сложно представить, сколько они стоили! Автомобили ретро: 7 самых дорогих машин в истории, продававшихся на аукционе. Сложно представить, сколько они стоили!

Взгляните на самые дорогие автомобили, когда-либо продававшиеся на аукционе

ТехИнсайдер
Расправить крылья Расправить крылья

Учителя — о том, как вырастить «своих» в маленьком городе

Seasons of life
«Роль самого благородного человека на свете». Отрывок из книги о Киану Ривзе «Роль самого благородного человека на свете». Отрывок из книги о Киану Ривзе

Отрывок из книги-исследования о феномене актера Киану Ривза

СНОБ
Маленькая непобедоносная война Маленькая непобедоносная война

«Зимняя война» — кино о том, как маленькая война может стать провалом

Дилетант
Крупнейшие разливы нефти в истории: вот как выглядят страшнейшие экологические катастрофы Крупнейшие разливы нефти в истории: вот как выглядят страшнейшие экологические катастрофы

Внушительные катастрофы современности, связанные с нефтью

ТехИнсайдер
Легко ли быть молодым: 5 книг ко Дню молодежи Легко ли быть молодым: 5 книг ко Дню молодежи

Книги, которые помогут молодым людям сориентироваться в жизни, лучше понять себя

ТехИнсайдер
Что делать для сохранения ментального здоровья: советы и лайфхаки от психолога Что делать для сохранения ментального здоровья: советы и лайфхаки от психолога

Чувствуешь, что уже "не вывозишь"? Что же делать?

VOICE
Аналитики назвали самые дорогие города для проживания экспатов Аналитики назвали самые дорогие города для проживания экспатов

Самыми дорогими городами для проживания стали Гонконг, Нью-Йорк и Женева

Forbes
7 неожиданных идей как использовать таблетки для посудомойки в быту 7 неожиданных идей как использовать таблетки для посудомойки в быту

Для чего еще нужны таблетки для посудомойки

Лиза
Альберт Суфияров Альберт Суфияров

Президент «Нева Милк» — об импортозамещении и отечественных сырах

Собака.ru
Открыть в приложении