Термоядерный реактор основан на реакции синтеза изотопов водорода, поэтому он гораздо более экологичный и безопасный по сравнению с существующими атомными реакторами. Стартап по разработке термоядерного реактора General Fusion из Канады завершил очередной раунд сбора инвестиций, в этот раз собрав 65 миллионов долларов. Плазма в реакторе ИТЭР должна быть в десять раз горячее солнечного ядра, а температура в его криостате в 30 раз ниже, чем в морозильнике.
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
Плазма или ионизированный газ — четвертое агрегатное состояние материи. Оно остается наиболее распространенной и наблюдаемой формой материи в нашей Вселенной. Одним из свойств, характеризующих плазму, остается ее способность поддерживать коллективное движение, при котором электроны и ионы колеблются в унисон.
В основу своего подхода физики положили известный Z-пинча, который вместо сложных и дорогих магнитных катушек использует для фиксации плазмы электромагнитное поле, возникающее внутри нее самой. Сильные токи, проходя через жгуты плазмы, нагревают и сжимают ее. Проблема заключается в том, что такую плазму сложно долго удерживать, пишет IE. Однако специалистам Zap Energy удалось подобрать решение этой проблемы нестабильности методом сглаживания потоков плазмы. Постепенно они увеличивали силу тока и оптимизировали соотношение температуры, плотности и продолжительности Z-пинча для получения стабильной и производительной термоядерной плазмы. Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер, а плазма сохраняет оптимальное тепловое равновесие.
Реактор ST40. Их еще предстоит преодолеть, прежде чем его можно будет рассматривать в качестве практического источника энергии, отмечают ученые. Посмотрите на лучшие изобретения мира по версии Time: 55фотографий.
Почему так долго? Разработка новых сплавов и методов обработки поверхности требует постоянного проведения дореакторных испытаний. Эффект от каждого минимального изменения в составе сплава или в технологии его обработки должен быть проверен в условиях, приближенных к реакторным. Для этого берется специальный стальной автоклав с толстыми стенками, в который заливается определенное количество воды и помещаются исследуемые образцы новых материалов. После этого автоклав герметизируется и устанавливается в печь, в которой нагревается до эксплуатационной температуры оболочек твэлов. А вот дальше придется запастись терпением, потому как прежде, чем можно будет сделать какой-то вывод о коррозионной стойкости исследуемых образцов, должен пройти не один месяц. Ведь если даже в активной зоне реактора коррозия оболочек твэлов длится годами, то что уж говорить про условия водной среды автоклава, где, в отличие от реактора, нет химически активных продуктов радиолиза воды и реакторного облучения, ускоряющего коррозию. Очевидно, что в условиях, когда каждый шаг разработчика должен верифицироваться испытаниями, длящимися месяцами, невозможно говорить об интенсивном развитии реакторных материалов. Поэтому со стороны материаловедов давно назрел запрос на какой-то экспресс-метод коррозионных испытаний. ТВС, загруженная в активную зону реактора Как можно ускорить процесс? Но как ускорить коррозионные испытания материалов, если даже в сверхагрессивной среде водного теплоносителя процесс коррозии оболочек твэлов занимает годы? Что может быть еще агрессивнее? Это плазма.
Выбор сделан - токамак плюс
| Компактный реактор установил рекорд по нагреву плазмы - Hi-Tech | Владелец реактора — Институт физики плазмы при Академии наук КНР. |
| Компактный термоядерный реактор американского стартапа разогрел плазму до 37 млн °С | Снизить издержки переработки такого сырья можно за счет использования плазменных реакторов, в которых химические реакции осуществляются с участием низкотемпературной. |
| Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения | Одним из основных препятствий является успешное управление нестабильной и перегретой плазмой в реакторе, но новый подход показывает, как мы можем это сделать. |
Как учёные «ловят плазму»? О перспективах ядерной энергетики репортаж из ИЯФ СО РАН
Но количество выработанной энергии зависит от того, насколько стабильной будет плазма в реакторе. Это связано с высокой плазменно-тепловой нагрузкой, которая будет оказывать воздействие на стенки камеры будущего реактора-токамака при длительной эксплуатации. При плазменной обработке, в частности, образуется угарный газ, который надо тщательно дожигать или пускать в переработку в химическую промышленность», — объяснил ученый.
Компактный термоядерный реактор американского стартапа разогрел плазму до 37 млн °С
Изобретение уже получило патент. Разработка позволит решить одну из основных задач в области термоядерного синтеза - уберечь стенку термоядерного реактора от воздействия раскалённой до миллионов градусов плазмы, заключённой внутри него. Хотя плазма удерживается и сжимается при помощи магнитного поля, её потоки всё равно могут соприкасаться со стенкой реактора. Это приводит не только к нагреву стенки, но и к распылению материала, из которого сделана стенка реактора, то есть к расщеплению его на атомы, которые затем попадают в качестве примеси в плазму.
В результате процесса распыления плазма существенно охлаждается, что может помешать термоядерному синтезу. Чтобы избежать этого, ранее была разработана концепция так называемой потеющей стенки: внутренняя поверхность реактора покрывается сетью каналов, из которых истекает жидкий литий.
Фактически в качестве топлива используется вода, в которой содержится дейтерий. А тритий можно получить из лития непосредственно в процессе работы термоядерного реактора или как побочный продукт работы ядерных реакторов», — добавил эксперт. По его словам, США традиционно были лидерами в коммерческих технологиях ядерной энергетики. Однако в настоящий момент главным поставщиком коммерческих ядерных технологий на мировые рынки является российская компания «Росатом».
Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Важнейший этап в процессе термоядерного синтеза — генерация плазмы, четвертого состояния вещества, при котором ядра и электроны перестают поддерживать свое атомное состояние. Это позволяет атомам сливаться, выделяя огромное количеств энергии. Примером этой реакции служит Солнце, в недрах которого водород превращается в гелий и ряд тяжелых элементов. Однако поскольку термоядерная плазма состоит из двух компонентов, ядер и электронов, которые отличаются по массе, они нагреваются и остывают с разной скоростью. Быстрое охлаждение электронов может воспрепятствовать нагреву плазмы.
Но ученые призывают не торопиться праздновать победу и не перестают повторять, что до практического применения еще довольно далеко. Пока еще реактор потребляет много больше энергии, чем может выработать. Это лишь очередной успешный эксперимент, который говорит о том, что управлять плазмой можно и сам по себе термоядерный реактор возможен.
Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения
Компания «АЭМ-Спецсталь» (машиностроительный дивизион Росатома) приступила к ковке партии заготовок для корпуса реактора первого энергоблока АЭС «Пакш-2». Первая плазма в Международном экспериментальном термоядерном реакторе будет получена в 2025-2026 годах. Предполагается, что плазма, выдаваемая реактором, будет самонагреваться и выдавать в 10 раз больше тепла, чем в нее заложено. Наконец удалось получить плазменный разряд с температурой в 40 млн градусов по Цельсию, что вдвое выше температуры в центре Солнца. Первая плазма в Международном экспериментальном термоядерном реакторе будет получена в 2025-2026 годах.
Проблема термоядерного реактора оказалась преимуществом для плазменного двигателя
Особенность применения ториевого топлива состоит в том, что в такой гибридной энерговыделяющей установке при прекращении поступления дополнительных нейтронов от внешнего источника ядерные реакции деления сразу же затухают. Таким образом, гибридные реакторы на ториевом топливе не способны к «саморазгону», что обеспечивает значительно большую безопасность ториевой энергетики. В настоящее время уже существуют различные проекты гибридных реакторов, в которых плазменным источником нейтронов служит токамак. Альтернативой может стать использование в качестве источника дополнительных нейтронов длинной магнитной ловушки. О принципах работы длинной магнитной ловушки в качестве источника нейтронов рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук профессор Андрей Аржанников: «На начальном этапе при помощи специальных плазменных пушек создается относительно холодная плазма, количество которой поддерживается дополнительной подпиткой газом из атомов тяжелого водорода — дейтерия. Инжекция в такую плазму нейтральных атомарных пучков с энергией частиц масштаба 100 кэВ обеспечивает образование в ней высокоэнергетичных ионов дейтерия и трития это тяжелые изотопы водорода , а также поддержание необходимой температуры. Сталкиваясь друг с другом, ионы дейтерия и трития соединяются в ядро гелия, при этом происходит выделение высокоэнергетических нейтронов. Такие нейтроны беспрепятственно выходят через стенки вакуумной камеры, где магнитным полем удерживается плазма, и, поступая в область с ядерным топливом, после замедления поддерживают протекание реакции деления тяжелых ядер, которая служит основным источником выделяемой в гибридном реакторе энергии». По словам Андрея Аржанникова, энергия нейтронов настолько высока, что они пронизывают стенки камеры из нержавеющей стали и медную обмотку, которая обеспечивает необходимое магнитное поле в плазме. Эти нейтроны глубоко проникают в топливную сборку бланкет ядерного реактора и попадают на графитовые блоки, где при рассеянии на ядрах углерода происходит их торможение.
Они обнаружили, что спонтанно возбуждаемые волны вызывали транспорт намагниченных электронов внутрь в поперечном направлении к главной оси магнитного поля. Такое перемещение полезно для отрыва плазмы, поскольку уменьшает расходимость расширяющегося плазменного пучка. Схематическая иллюстрация перемещения электронов в отрывающейся плазме. Изображение : Kazunori Takahashi, Tohoku University Нестабильность плазмы, особенности переноса плазмы и потери из-за волн и турбулентности были серьезной проблемой для удержания плазмы в реакторах термоядерного синтеза, но в данном случае они оказались полезными. Наше открытие — редкий случай, когда нестабильность плазмы действительно оказывает благотворное влияние на инженерию. Наши результаты открывают новый взгляд на роль нестабильности в плазме и помогут в разработке радиочастотных плазменных двигателей с магнитным соплом.
ITER будут использовать технологию ядерного синтеза, при которой радиация практически отсутствует. Предполагается, что плазма, выдаваемая реактором, будет самонагреваться и выдавать в 10 раз больше тепла, чем в нее заложено.
В научном институте Росатома создали импульсный ускоритель плазмы для будущей исследовательской ядерной установки 19 октября 2022 Специалисты Троицкого института инновационных и термоядерных исследований АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом» — АО «Наука и инновации» создали новый мощный импульсный ускоритель плазмы, конденсаторный накопитель для его питания с запасаемой энергией 2,2 мегаджоуля, а также комплекс плазменной диагностики. Эти устройства станут основой для компактного интенсивного источника нейтронов, предназначенного для испытаний элементов термоядерных реакторов. Его создание планируется завершить в Троицке к 2024 году. Работа ведется в рамках федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий», включенного в комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года» КП РТТН. В 2022 — 2023 гг.
Компактный термоядерный реактор американского стартапа разогрел плазму до 37 млн °С
Ученые НИУ «МЭИ» запустили уникальную плазменную установку ПЛМ для испытания материалов термоядерного реактора и отработки технологий плазменного двигателя. Если зажечь плазму в парах воды, то на образец, помещенный в нее, будет воздействовать тот же самый ансамбль частиц, что и в водном теплоносителе реактора. Строительство первого в мире международного термоядерного реактора вышло на новый этап. Красильников заявил, что первую плазму термоядерного реактора ИТЭР зажгут не раньше 2025 года.
Во Франции стартовала последняя фаза сборки крупнейшего в мире термоядерного реактора
На основе принципа токамака строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции. Для сравнения — в проекте международного термоядерного реактора ITER предполагается достижение ионной температуры в 8 и выше килоэлектронвольт. Специалисты Национального исследовательского университета «МЭИ» запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. В Курчатовском институте состоялся физический запуск глубоко модернизированного гибридного термоядерного реактора Т-15МД.
Государственная фельдъегерская служба Российской Федерации
| Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов | В плазменном реакторе производится плавление практически любых материалов, после чего из них получаются полезные композиты. |
| Выбор сделан - токамак плюс | Главные проблемы в разработке промышленного реактора — нагрев и удержание плазмы с термоядерными параметрами."Идея эксперимента такая. |
| В РФ успешно получена первая термоядерная плазма на токамаке Т-15МД — | Специалисты Национального исследовательского университета «МЭИ» запустили плазменную установку, которая позволит испытать облицовку камеры будущего термоядерного реактора. |
| Глава российского агентства ИТЭР: Первую плазму реактора зажгут не раньше 2025 года | Главные сахалинские новости за день от |
| Zap Energy зажгла в прототипе термоядерного реактора нового поколения FuZE-Q первую плазму / Хабр | После первого запуска британский термоядерный реактор выпустил расплавленную массу заряженного газа. |
В России протестировали самую мощную плазменную установку в мире
Для сравнения — в проекте международного термоядерного реактора ITER предполагается достижение ионной температуры в 8 и выше килоэлектронвольт. По сути, Plasma Liner Experiment – это реактор, включающий в себя 36 плазменных «пушек», окружающих сферическую камеру. Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер. В распоряжении ученых нет реактора размером с Солнце, тяготение которого сжимает плазму так, что она становится в 20 раз плотнее стали.