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

О чем шипит мадагаскарский таракан О чем шипит мадагаскарский таракан

Немного о популяции мадагаскарских шипящих тараканов в Москве

Наука
Английские бульдоги столкнулись с болезнями в два раза чаще остальных собак Английские бульдоги столкнулись с болезнями в два раза чаще остальных собак

Внешность английских бульдогов повышает риск болезней кожи и дыхательных путей

N+1
В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова

Николай Дроздов — воплощение стиля ученого-полевика

Правила жизни
Самки тасманийских сцинков сменили пол в утробе матери Самки тасманийских сцинков сменили пол в утробе матери

Тасманийские сцинки могут менять соотношение полов среди потомства

N+1
Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук

Как развиваются акустические системы?

ТехИнсайдер
Микротоки для лица: что это, эффект от процедуры и противопоказания Микротоки для лица: что это, эффект от процедуры и противопоказания

Вместе с дерматологом и косметологом рассказываем, что нужно знать о микротоках

РБК
«Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос «Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос

Специалисты красоты все чаще работают в команде с людьми смежных специальностей

РБК
И снова Кипренский И снова Кипренский

Атрибуция каждого произведения Кипренского — настоящее событие

Дилетант
Куда нас приведут нейросети? Куда нас приведут нейросети?

Куда нас приведут игры с искусственным интеллектом

СНОБ
5 животных, которых человечество истребило 5 животных, которых человечество истребило

Животные, которых Земля лишилась из-за непомерного человеческого аппетита

ТехИнсайдер
Три молочных зуба из испанской пещеры оказались неандертальскими Три молочных зуба из испанской пещеры оказались неандертальскими

Они принадлежали детям, жившим около 45–42 тысяч лет назад

N+1
10 красивых античных имен для девочки 10 красивых античных имен для девочки

Подборка оригинальных имен с историей родом из древнего мира

Вокруг света
Секретные (и очень крутые) проекты BMW, о которых вы не знали Секретные (и очень крутые) проекты BMW, о которых вы не знали

Эти тачки не добрались до конвейера, но могли наделать много шороху

РБК
Француженки уже не те: как на самом деле парижанки одеваются летом Француженки уже не те: как на самом деле парижанки одеваются летом

Как выглядят современные француженки

VOICE
Нулевой пациент: от кого в СССР заразились ВИЧ сотни детей Нулевой пациент: от кого в СССР заразились ВИЧ сотни детей

Долгое время к ВИЧ в СССР относились легкомысленно

VOICE
Цены на мясо и молоко подняли на 30%: хроника восстания рабочих в Новочеркасске Цены на мясо и молоко подняли на 30%: хроника восстания рабочих в Новочеркасске

Повышение цен в 1960-е годы в Новочеркасске закончилось массовой трагедией

Вокруг света
Война дала и отобрала все: каким был «несравненный партизан» Нестор Махно Война дала и отобрала все: каким был «несравненный партизан» Нестор Махно

Смыслом жизни Нестора Махно была война

Вокруг света
6 6

Никто из нас не ест арбузные косточки или "хвостики" клубники

ТехИнсайдер
Анна Старшенбаум: «Я люблю жизнь. Мне очень многое в ней нравится» Анна Старшенбаум: «Я люблю жизнь. Мне очень многое в ней нравится»

Анну Старшенбаум называют «ангелом с детским взглядом»

Здоровье
Жираф и манна небесная Жираф и манна небесная

Интрига этой картины связана с одним из центральных персонажей полотна — жирафом

Дилетант
6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно 6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно

Употребление пива в количествах даже 1-2 бутылочки в день очень опасно

Maxim
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
Цифровое обогащение Цифровое обогащение

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

ТехИнсайдер
Алмазы под давлением Алмазы под давлением

Экономист Александр Аузан о будущем креативных индустрий

СНОБ
«Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи «Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи

Если бы насекомые создали свою мифологию, в ней поминалась бы эпоха титанов

Вокруг света
Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги

Отрывок из истории, которая стала символом пугающей силы лжи

СНОБ
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
Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет

Человечество может потерять уникальную фауну и флору

Вокруг света
Полтора часа самоистязаний: как фильм «Род мужской» говорит о токсичной маскулинности Полтора часа самоистязаний: как фильм «Род мужской» говорит о токсичной маскулинности

Режиссер Алекс Гарленд пробует свои силы в жанре хоррора

Forbes
Передний привод: что это и чем отличается от заднего Передний привод: что это и чем отличается от заднего

Ни один тип привода не идеален, каков баланс основных показателей у переднего?

РБК
Открыть в приложении