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

К растяжке через расслабление: 5 шагов к гибкости К растяжке через расслабление: 5 шагов к гибкости

Мечтаете сесть на шпагат или встать на мостик?

Psychologies
Мифозои Китая: какие фантастические твари пришли к нам из страны Поднебесной Мифозои Китая: какие фантастические твари пришли к нам из страны Поднебесной

Кто такие мифозои?

Вокруг света
5 мест в Солнечной системе, в которых вам точно стоит побывать. Или хотя бы посмотреть на них 5 мест в Солнечной системе, в которых вам точно стоит побывать. Или хотя бы посмотреть на них

Куда лучше всего отправиться в Солнечной системе?

ТехИнсайдер
Яйцо, черепашка и мальчик: о чем рассказывают смерти в помпейских банях Яйцо, черепашка и мальчик: о чем рассказывают смерти в помпейских банях

В Археологическом парке Помпей новая замечательная находка

N+1
Безопасность или свобода? Безопасность или свобода?

Лето даёт ребёнку шансы обзавестись опытом, но не всегда всё проходит гладко

Здоровье
Что такое параллельный импорт и как он работает? Что такое параллельный импорт и как он работает?

Что такое параллельный импорт, в чем его плюсы и минусы?

Правила жизни
Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка

Истребленный вид может снова населить Зеленый континент

Вокруг света
Директор «Российской креативной недели» Марина Абрамова: Без креаторов не получится построить нашу Tesla из «Лады Калины» Директор «Российской креативной недели» Марина Абрамова: Без креаторов не получится построить нашу Tesla из «Лады Калины»

Как сейчас обстоят дела в креативных отраслях

СНОБ
Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле

Как британская королева сохранила статус живой легенды?

Forbes
Гуинплен из Ангарска: почему самого опасного маньяка России не могли поймать 18 лет Гуинплен из Ангарска: почему самого опасного маньяка России не могли поймать 18 лет

Одну жертву он убил так, что эксперты решили — сквозь череп девушки прошла пуля

VOICE
Александра Ребенок: «Хотелось бросить самой себе вызов, сделать то, чего никогда не делала» Александра Ребенок: «Хотелось бросить самой себе вызов, сделать то, чего никогда не делала»

Долгое время моя нестандартность казалась мне главным недостатком

Караван историй
Как быстро и без следа убрать прыщ Как быстро и без следа убрать прыщ

Что делать, если нужно быстро убрать некстати вскочивший на лице прыщик?

VOICE
Кроссовки Понци: что не так с популярной NFT-игрой, где получают токены за пробежки Кроссовки Понци: что не так с популярной NFT-игрой, где получают токены за пробежки

Как устроена экономика проекта Stepn и за чей счет пользователи получают деньги?

Forbes
Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги

Отрывок из истории, которая стала символом пугающей силы лжи

СНОБ
Люди из стран третьего мира рассказали, что привело их в шок в развитых странах Люди из стран третьего мира рассказали, что привело их в шок в развитых странах

Что больше всего удивляет и шокирует тех, кто переехал в развитые государства?

VOICE
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
Что делать в случае укуса клеща Что делать в случае укуса клеща

Как избежать опасной встречи с клещом и что делать, если он все-таки укусил

РБК
Лошади из мавзолея Цинь Шихаунди оказались высокими взрослыми самцами Лошади из мавзолея Цинь Шихаунди оказались высокими взрослыми самцами

Для погребального ритуала первого императора Цинь отбирались высокие жеребцы

N+1
Не дайте засохнуть своим цветам Не дайте засохнуть своим цветам

Встреча с Эдит Эгер — настоящее чудо, которое с нами случилось

Seasons of life
Алкомаркеты пустые, проезд в метро — 6 рублей: впечатления россиянина от жизни в Ташкенте Алкомаркеты пустые, проезд в метро — 6 рублей: впечатления россиянина от жизни в Ташкенте

Переехавший из Новосибирска рассказал, чем живет среднеазиатский мегаполис

Вокруг света
Сыроедение Сыроедение

Насколько сыроедение полезно?

Здоровье
Из Зорро - в пенсионера: новые фото Антонио Бандераса разбили сердце поклонницам по всему миру. Узнаёшь красавца? Из Зорро - в пенсионера: новые фото Антонио Бандераса разбили сердце поклонницам по всему миру. Узнаёшь красавца?

Невозможно смотреть свежие фото Антонио Бандераса!

VOICE
Съедобное из несъедобного: готовим вкусные блюда из сорняков Съедобное из несъедобного: готовим вкусные блюда из сорняков

Легким движением букет из полевых цветов превращается... в кулинарные изыски!

ТехИнсайдер
Секретный арсенал инспекторов ГИБДД: что нужно знать Секретный арсенал инспекторов ГИБДД: что нужно знать

Миникамеры на одежде, беспилотные дроны и другие гаджеты инспекторов ДПС

РБК
Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать

Всегда ли откровенные разговоры на кухне помогают залечить душевные раны?

Psychologies
Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха

Диана де Пуатье почти тринадцать лет была некоронованной королевой Франции

Вокруг света
8 причин, почему мужчинам тяжело живется 8 причин, почему мужчинам тяжело живется

Мужская доля порой бывает совершенно невыносимой

Maxim
Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов

Люди запрашивают множество разных тестов, но ситуация с ними весьма запутанна

Вокруг света
Режиссер Савва Савельев — о поисках лица времени и работе с друзьями Режиссер Савва Савельев — о поисках лица времени и работе с друзьями

Режиссер Савва Савельев — о петербургском хорошем тоне в отношении войны

РБК
Физики увидели поперечную природу бозонного пика в аморфных телах Физики увидели поперечную природу бозонного пика в аморфных телах

Физики смоделировали поведение двумерных двухкомпонентных аморфных тел

N+1
Открыть в приложении