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

Тест: Что сообщают ваши сновидения? Тест: Что сообщают ваши сновидения?

Все сновидения могут по-новому осветить нашу жизнь, страхи и желания

Psychologies
Запасы из морозилки: какие древности находят под снегом и льдом Запасы из морозилки: какие древности находят под снегом и льдом

Вечная мерзлота скрывает останки древних растений, животных и людей

Вокруг света
«Рабы любви»: 7 советов жертвам насилия и сексуализированной эксплуатации «Рабы любви»: 7 советов жертвам насилия и сексуализированной эксплуатации

Как забыть насилие и что делать, если ты оказалась в секс-индустрии?

Psychologies
Эпоха Girlboss: как ярлык «успешного успеха» мешает женщинам вести бизнес Эпоха Girlboss: как ярлык «успешного успеха» мешает женщинам вести бизнес

Почему основательницы компаний стараются уйти от гендерно-окрашенного нарратива

Forbes
Королевский калибр: как сражались друг с другом корабли-титаны Королевский калибр: как сражались друг с другом корабли-титаны

Сверхкорабли и грозная история

ТехИнсайдер
Как замедлить процесс старения, или почему вам не нужно “трястись над здоровьем” Как замедлить процесс старения, или почему вам не нужно “трястись над здоровьем”

Возможно, чтобы жить дольше, нашему организму нужно больше стресса!

ТехИнсайдер
Полвека с Дали: кем была Гала Градива, муза великого художника Полвека с Дали: кем была Гала Градива, муза великого художника

Вечная спутница «безумца» Дали — Елена Дьяконова

Вокруг света
12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно 12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно

Идеи завтраков с высоким содержанием белка

VOICE
Великий музыкальный Великий музыкальный

«Эннио. Маэстро»: фильм о главном композиторе в истории кино

Weekend
Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию

Как маленькая компания интеллигентов изменила жизнь целой страны

Вокруг света
10 книг, из-за которых ты снова полюбишь читать 10 книг, из-за которых ты снова полюбишь читать

Смотришь с отвращением на всю литературу ещё со школы?

Maxim
10 неожиданных вещей, которые можно стирать в машине-автомат 10 неожиданных вещей, которые можно стирать в машине-автомат

Вещи, которые точно не испортятся, если их постирать в машине-автомат

Лиза
Кубик в кубе Кубик в кубе

Даже если вы не видели Ольгу Кравцову и Руслана Габидуллина, вы любите их голоса

Собака.ru
Захватывающая история изобретения и эволюции женских стрингов (с картинками) Захватывающая история изобретения и эволюции женских стрингов (с картинками)

Этот предмет женского гардероба вызывал столько мужских эмоций!

Maxim
Летняя читальня и вишни Льва Толстого: 5 секретных садов в центре Москвы Летняя читальня и вишни Льва Толстого: 5 секретных садов в центре Москвы

Старинные сады, чья история связана с важными событиями в жизни столицы

Forbes
«Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде «Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде

Эмбер Херд нарушила молчание после решения суда

VOICE
Хетти Грин. Ведьма с Уолл-Стрит Хетти Грин. Ведьма с Уолл-Стрит

В городе ее знала каждая собака, а солидные бизнесмены кланялись ей за милю

Караван историй
Цифровое обогащение Цифровое обогащение

Горное дело – ровесник цивилизации. На помощь традициям приходят компьютеры и ИИ

ТехИнсайдер
«Ей нравилось торговать»: как девушка из Техаса меняет взгляд на спортивную одежду «Ей нравилось торговать»: как девушка из Техаса меняет взгляд на спортивную одежду

Бренд Aviator Nation Пейдж Микоски взлетел во время пандемии

Forbes
Как создать невероятно привлекательный образ? Три главных модных секрета Кейт Миддлтон раскрыла эксперт Как создать невероятно привлекательный образ? Три главных модных секрета Кейт Миддлтон раскрыла эксперт

Как создавать такие же невероятные образы, как и Кейт Миддлтон?

VOICE
Что такое тип телосложения и как его определить Что такое тип телосложения и как его определить

Различия между типами телосложения и их значение

РБК
Утро — доброе: 11 правил для хорошего начала дня Утро — доброе: 11 правил для хорошего начала дня

Лишь немногие способны спокойно собраться с утра и при этом все успеть

Psychologies
Кто такая «мертвая» мать Кто такая «мертвая» мать

Кто вырастает рядом с «мертвыми» матерями?

Psychologies
Вместо Хургады — в полицию: 5 ходовых способов обмана россиян при покупке билетов Вместо Хургады — в полицию: 5 ходовых способов обмана россиян при покупке билетов

Как не попасться на уловки мошенников при планировании путешествия?

Вокруг света
Не спешите выбрасывать гаджет: созданный по ошибке пигмент извлекает золото из старых смартфонов Не спешите выбрасывать гаджет: созданный по ошибке пигмент извлекает золото из старых смартфонов

В Японии нашли бесценные свойства у старинной краски

Вокруг света
Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога

Как отпустить прошлое и начать жить настоящим?

Psychologies
Максим Стоянов: Максим Стоянов:

Интервью со звездой сериала «Шифр» Максимом Стояновым

Коллекция. Караван историй
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
Как топ-менеджер медиахолдинга и дрэг-квин заработали сотни миллионов долларов на козьем молоке Как топ-менеджер медиахолдинга и дрэг-квин заработали сотни миллионов долларов на козьем молоке

«Что можно сделать из козьего молока?», — так началась история Beekman

Inc.
Отрывок из бестселлера The New York Times «Последнее, что он сказал мне» Лоры Дейв Отрывок из бестселлера The New York Times «Последнее, что он сказал мне» Лоры Дейв

Фрагмент из «Последнее, что он сказал мне» — истории, которая вас шокирует

СНОБ
Открыть в приложении