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

Ты же девочка Ты же девочка

Зачем нас учат быть «настоящими женщинами» и что с этим делать, когда вырастем

VOICE
Властитель «страны грез»: жизнь и таинственная смерть баварского короля Людвига II Властитель «страны грез»: жизнь и таинственная смерть баварского короля Людвига II

Память о Людвиге II не умрет до тех пор, пока в горах будут стоять его замки

Вокруг света
Это мы еще досмотрим Это мы еще досмотрим

Кто будет делать игровое кино, сериалы и док в новом мире

СНОБ
Как построить коммунизм: почему Сталин хотел ввести 5-часовой рабочий день Как построить коммунизм: почему Сталин хотел ввести 5-часовой рабочий день

Почему Сталин хотел сократить трудовой день до пяти часов?

VOICE
«Я — трудоголик»: почему важно планировать отпуск «Я — трудоголик»: почему важно планировать отпуск

Как не испытывать чувство вины за положенный отпуск?

Psychologies
Как подготовить ребенка к школе для одаренных детей: советы родителям Как подготовить ребенка к школе для одаренных детей: советы родителям

Как отражается на психике ребенка установка быть лучшим во всем?

Psychologies
Конфеты в кармане: история самого молодого маньяка в истории СССР Конфеты в кармане: история самого молодого маньяка в истории СССР

Осенью 1938 года всех жителей Свердловска потрясло чудовищное преступление

VOICE
Одна вокруг света: новая страна и ночь в полицейском участке Одна вокруг света: новая страна и ночь в полицейском участке

172-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Перу

Forbes
5 крутых возможностей вакуумного упаковщика 5 крутых возможностей вакуумного упаковщика

Мы нашли целых 5 причин купить вакууматор

CHIP
Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям

Как палящее солнце влияет на водителей и чего стоит опасаться в жару

РБК
Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими

Что делать, если партнер не принимает вашу сторону?

Psychologies
И стала Россия империей… И стала Россия империей…

Итогом Северной войны стало перерождение России в империю

Дилетант
Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии

Проанализировали наблюдения солнечной вспышки, которая произошла в 2017 году

N+1
Новые кошачьи породы, которые вот-вот станут самыми модными Новые кошачьи породы, которые вот-вот станут самыми модными

Коты и кошки не стоят на месте. Уверяем, что таких диковинных ты еще не видел!

Maxim
Кто такие зомби Кто такие зомби

Эволюция от послушных рабов к агрессивной нежити

Вокруг света
После расставания: работа над ошибками После расставания: работа над ошибками

Как беречь то, что так дорого?

Psychologies
Восстания Разина и Пугачева: какими были истинные причины Крестьянских войн и кто за ними стоял Восстания Разина и Пугачева: какими были истинные причины Крестьянских войн и кто за ними стоял

Если Стенька Разин был казаком и разбойником, то Пугачев был преступником

ТехИнсайдер
Специалисты Neovolt отвечают на вопросы читателей: все, что вы хотели знать про батареи Специалисты Neovolt отвечают на вопросы читателей: все, что вы хотели знать про батареи

Актуальные вопросы на тему покупки и эксплуатации аккумуляторов гаджетов

CHIP
Дома-кочевники: 6 известных зданий в Москве, которые сменили прописку Дома-кочевники: 6 известных зданий в Москве, которые сменили прописку

В двадцатом веке передвинули около 70 зданий

Вокруг света
Неудобные вопросы гинекологу Неудобные вопросы гинекологу

Самые распространенные проблемы, которые волнуют женщин

Лиза
Как отличить ежевику от шелковицы: вы постоянно путаете эти ягоды Как отличить ежевику от шелковицы: вы постоянно путаете эти ягоды

Эти простые советы помогут отличить ежевику от шелковицы

ТехИнсайдер
«Я испытала стресс!»: звезда сериала «Воронины» рассказала, как потеряла дочь в Турции «Я испытала стресс!»: звезда сериала «Воронины» рассказала, как потеряла дочь в Турции

Екатерина Волкова рассказала о воспитании своей дочери

VOICE
Мужской разврат как ошибка эксперимента Мужской разврат как ошибка эксперимента

«Принцип Бейтмана» и другие ошибки великих генетиков

СНОБ
Примитивное земледелие у древних жителей Китая возникло не позднее 8300 лет назад Примитивное земледелие у древних жителей Китая возникло не позднее 8300 лет назад

Биоархеологи исследовали останки людей культур Хоули и Бэйсинь

N+1
«Я слишком добрый»: где взять озверин и как отрастить клыки «Я слишком добрый»: где взять озверин и как отрастить клыки

Можно ли натренировать способность быть агрессивным, а главное — нужно ли?

Psychologies
Как нумерология помогает найти свой жизненный путь Как нумерология помогает найти свой жизненный путь

Значение нумерологии в жизни людей нельзя недооценивать

VOICE
Марс больше не в моде: экзопланеты, которые вы точно захотите посетить Марс больше не в моде: экзопланеты, которые вы точно захотите посетить

Астрономы продолжают открывать всё новые планеты за пределами Солнечной системы

ТехИнсайдер
Геннадий Устюгов Геннадий Устюгов

Классик ленинградского искусства Геннадий Устюгов живет в ПНД и пишет стихи

Собака.ru
Что такое упрощенные машины, и какие из них первыми появятся на дорогах Что такое упрощенные машины, и какие из них первыми появятся на дорогах

Зачем нужен возврат к прежним стандартам производства автомобилей?

РБК
У клещей, живущих на лице человека, обнаружили анусы — и это далеко не все поразительные открытия У клещей, живущих на лице человека, обнаружили анусы — и это далеко не все поразительные открытия

Ученые разгадали генетические секреты самых тесных соседей человечества

ТехИнсайдер
Открыть в приложении