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

9 правил полезного ужина 9 правил полезного ужина

Эти простые условия помогут быстро и без усилий избавиться от лишнего веса

Лиза
Такой ошибки не простит история: 10 древних артефактов, уничтоженных по глупости людей Такой ошибки не простит история: 10 древних артефактов, уничтоженных по глупости людей

Многие ценнейшие артефакты были разрушены случайно, из-за банального невежества

ТехИнсайдер
Виктор Савиных: я обнаружил вокруг Земли ионосферный слой Виктор Савиных: я обнаружил вокруг Земли ионосферный слой

Легендарный летчик-космонавт, трижды побывавший на земной орбите

Наука
Спорт без боли и дискомфорта: современные технологии, которые помогут вам бегать правильно Спорт без боли и дискомфорта: современные технологии, которые помогут вам бегать правильно

Бег — одновременно и очень простое, и довольно сложное занятие

ТехИнсайдер
«Бархат и лохмотья»: как жили советские «аристократки» в 1930-х «Бархат и лохмотья»: как жили советские «аристократки» в 1930-х

Чем хвастались женщины во времена, когда выделяться было опасно?

Forbes
«Это как пойти в банкомат, снять деньги и сжечь их». Почему малому бизнесу не нужна собственная торговая марка «Это как пойти в банкомат, снять деньги и сжечь их». Почему малому бизнесу не нужна собственная торговая марка

Почему собственная торговая марка — беда для небольших компаний

Inc.
По секрету всему свету: что такое порноместь и можно ли за нее сесть в тюрьму По секрету всему свету: что такое порноместь и можно ли за нее сесть в тюрьму

Что движет теми, кто оборачивает знаки расположения в оружие против бывшей

Maxim
Круглоголовки отказались раскрывать «уши» перед сородичами Круглоголовки отказались раскрывать «уши» перед сородичами

Пустынные ящерицы ушастые круглоголовки в случае опасности пугают хищников

N+1
Возможно ли «цивилизационное равнодушие» России к «коллективному Западу»? Возможно ли «цивилизационное равнодушие» России к «коллективному Западу»?

Россия должна найти свой образ будущего, а не искать единства с Европой

Эксперт
Технологический стартап из будущего Технологический стартап из будущего

Как в Москве делают «всепогодные» солнечные батареи

СНОБ
Физики сделали жидкий гелий одномерным Физики сделали жидкий гелий одномерным

Гелий оказался в хорошем согласии с симуляциями одномерной жидкости

N+1
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
Сколько световых лет от нас до самой далекой из известных галактик? Сколько световых лет от нас до самой далекой из известных галактик?

Астрономы точно измерили расстояние до самой старой и самой дальней галактики

ТехИнсайдер
Комары Комары

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

Здоровье
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
Премьер-министр «русского Тайваня» Премьер-министр «русского Тайваня»

Александр Кривошеин — один из лучших представителей царского чиновного корпуса

Наука
5 растительных продуктов с высоким содержанием белка 5 растительных продуктов с высоким содержанием белка

Какие растительные продукты содержат много белка?

ТехИнсайдер
Верю не верю Верю не верю

Для чего нам нужно критическое мышление и как им пользоваться?

Новый очаг
От Моники Геллер до Блэр Уолдорф: культовые кинообразы, которые повлияли на моду От Моники Геллер до Блэр Уолдорф: культовые кинообразы, которые повлияли на моду

Лучшие фэшн-хаки культовых и стильных персонажей

VOICE
Как лечатся врачи Как лечатся врачи

Маленькие профессиональные хитрости врачей

Лиза
Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас

Что такое синдром отложенной жизни

Лиза
Как энергетики влияют на нас и почему после их употребления наступает упадок сил? Как энергетики влияют на нас и почему после их употребления наступает упадок сил?

Опасны ли энергетики? И что происходит в организме при их употреблении?

ТехИнсайдер
Зеленые модники. 7 стильных растений для дома Зеленые модники. 7 стильных растений для дома

Какие растения сейчас на пике популярности?

Лиза
Жук-плавунец: универсальный хищник и сексуальный маньяк Жук-плавунец: универсальный хищник и сексуальный маньяк

Он умеет летать по воздуху и передвигаться по суше, но все же его стихия — вода

Вокруг света
Легкость бытия. 6 путeшeствий в фopмaтe «глэмпинг» Легкость бытия. 6 путeшeствий в фopмaтe «глэмпинг»

Глэмпинг — вот способ отдохнуть от цивилизации, не жертвуя даже толикой комфорта

Цифровой океан
Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади

Знакомимся с очень любопытными местами неподалеку от Красной площади

Вокруг света
Искусственный цитоскелет смог собраться в объемах клетки Искусственный цитоскелет смог собраться в объемах клетки

Ученые создали синтетический цитоскелет в объеме реальных клеток

N+1
Через 16700 лет Через 16700 лет

"Вояджеры" уже невероятно далеко, но они еще работают

ТехИнсайдер
Как снять боль, если вы обожгли язык: 8 проверенных методов Как снять боль, если вы обожгли язык: 8 проверенных методов

Обжечь язык легко, но как справиться с этой болью?

ТехИнсайдер
«Цифры не лгут»: как ограничение абортов вредит экономике и отбрасывает нас в прошлое «Цифры не лгут»: как ограничение абортов вредит экономике и отбрасывает нас в прошлое

Как контроль над репродуктивным здоровьем связан с экономикой?

Forbes
Открыть в приложении