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

Автомобиль для метавселенной Автомобиль для метавселенной

Первый в мире автомобиль с голографическим AR-остеклением для игр

Популярная механика
Оракул маркетинга: как актер Эдвард Нортон пытается победить старомодные телерейтинги Оракул маркетинга: как актер Эдвард Нортон пытается победить старомодные телерейтинги

Как Эдвард Нортон бросил вызов привычному положению дел на телевидении

Forbes
Пэлтроу в бриллиантах, Лопес на шпильках: как звезды одеваются в отпуске Пэлтроу в бриллиантах, Лопес на шпильках: как звезды одеваются в отпуске

Что надевают звезды в свои свободные от папарацци дни?

VOICE
«Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан «Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан

Ее жизнь — как будто сценарий бразильского сериала

Вокруг света
Комары Комары

Лету радуются все. В том числе такие кусачие насекомые, как комары

Здоровье
Пойманный в Камбодже скат оказался крупнейшей пресноводной рыбой Пойманный в Камбодже скат оказался крупнейшей пресноводной рыбой

Рыбак поймал в реке Меконг гигантского ската с длиной тела около четырех метров

N+1
Вентилятор компьютера начал дребезжать: как решить проблему Вентилятор компьютера начал дребезжать: как решить проблему

Как избавиться от шума и вдохнуть новую жизнь в вентилятор

CHIP
11 вещей, которые в России пока еще лучше, чем в США 11 вещей, которые в России пока еще лучше, чем в США

Список, от которого гордость встает дыбом на голове!

Maxim
Жалость: есть ли в ней хоть что-то хорошее? Жалость: есть ли в ней хоть что-то хорошее?

Жалость — очень плохое и вредное чувство?

Psychologies
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
5 редких и до смешного простых образов Джейн Биркин, которые мы повторим этим летом 5 редких и до смешного простых образов Джейн Биркин, которые мы повторим этим летом

Джейн Биркин в ближайшие десятилетия не потеряет свой титул модной иконы

VOICE
Что такое иммобилайзер и есть ли он в моей машине Что такое иммобилайзер и есть ли он в моей машине

Разбираемся, что такое иммобилайзер, каким бывает и стоит ли его отключать

РБК
Китайских соловьев назвали угрозой для британских птиц Китайских соловьев назвали угрозой для британских птиц

На юге Англии сформировалась дикая популяция китайских соловьев

N+1
Дело не в еде: как я похудела на 47 кг Дело не в еде: как я похудела на 47 кг

Моя личная история – это не только история снижения веса

Новый очаг
Яснотка пугающая и беззащитная Яснотка пугающая и беззащитная

Яснотка — красивая и опасная

Наука и жизнь
Гринвошинг: это не эко Гринвошинг: это не эко

Разбираемся, что такое гринвошинг и как оставаться ответственным потребителем

Новый очаг
Покрас Лампас, Али Мамедов: «Личный бренд начинается с собственной философии» Покрас Лампас, Али Мамедов: «Личный бренд начинается с собственной философии»

Какую ответственность несет публичный человек перед своей аудиторией?

РБК
Новая Москва Новая Москва

Мы давно хотели поговорить с главным архитектором столицы Сергеем Кузнецовым

ТехИнсайдер
Зло во благо: 5 психологических экспериментов, обнаживших все худшее в человеке Зло во благо: 5 психологических экспериментов, обнаживших все худшее в человеке

На что способен человек, если ему дать власть и освободить от ответственности?

Вокруг света
Как сделать яркий макияж: тренды, идеи и советы эксперта Как сделать яркий макияж: тренды, идеи и советы эксперта

Яркий макияж популярен, но важно уметь расставлять акценты

РБК
Империя — страна для дураков: как «Поколение 98 года» пыталось спасти Испанию после краха четырехсотлетней империи Империя — страна для дураков: как «Поколение 98 года» пыталось спасти Испанию после краха четырехсотлетней империи

Историю «поколения 1898 года»: что эти люди сделали для Испании?

Правила жизни
Денис Чернов Денис Чернов

Ведущий (и первый!) режиссер культовых «Смешариков» показал премьеру года

Собака.ru
Завтрак за ноутбуком Завтрак за ноутбуком

Привычки, которые портят домашнюю технику

Лиза
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
«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
Вспоминаем хорошие книги: 5 громких новинок научной фантастики 2018 года Вспоминаем хорошие книги: 5 громких новинок научной фантастики 2018 года

Романы, которые позволят взглянуть на фантастические варианты будущего

ТехИнсайдер
Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться

Почему у некоторых людей любое упоминание смерти вызывает панику и тревожность?

РБК
Три рыбки у водопада Три рыбки у водопада

Удивительное путешествие в страну, где «13 месяцев солнца», но льют дожди

Вокруг света
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
Огламуренная чернуха. О российском сериале «Жиза» Огламуренная чернуха. О российском сериале «Жиза»

Стоит ли смотреть сериал о бандитской жизни детдомовцев «Жиза»

СНОБ
Открыть в приложении