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

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
Проститутки, кровь и миллионы: каково работать председателем ТСЖ Проститутки, кровь и миллионы: каково работать председателем ТСЖ

Работа с людьми — как уравнение с множеством неизвестных

Правила жизни
Ограниченная видимость: что это, при каких условиях, особенности ПДД Ограниченная видимость: что это, при каких условиях, особенности ПДД

Как вести себя на дороге в условиях ограниченной и недостаточной видимости

РБК
Почему болит живот при овуляции: 4 основные причины и способы лечения Почему болит живот при овуляции: 4 основные причины и способы лечения

Почему возникают болевые ощущения во время овуляции?

VOICE
«Уцелеть — не значит выжить»: какой была военная медицина 200 лет назад «Уцелеть — не значит выжить»: какой была военная медицина 200 лет назад

Как работали медики во время войны 1812 года

Вокруг света
Физики увидели поперечную природу бозонного пика в аморфных телах Физики увидели поперечную природу бозонного пика в аморфных телах

Физики смоделировали поведение двумерных двухкомпонентных аморфных тел

N+1
Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K

Многие девушки мечтают о большой груди, но жить с ней не так-то просто

VOICE
Как проходят собеседования в Tinder, Uber, Lyft, Playstation и Amazon Как проходят собеседования в Tinder, Uber, Lyft, Playstation и Amazon

Как подготовиться к собеседованиям в Playstation или Amazon

VC.RU
Екатерина и Елена Поповы Екатерина и Елена Поповы

Сестры-бизнецы Поповы вручную создают киберкукол

Собака.ru
За что фантастам вручают престижную премию За что фантастам вручают престижную премию

Подборка произведений, заслуживших престижную литературную премию "Локус"

ТехИнсайдер
Восходящий знак: почему асцедент важнее знака зодиака и как определить свой Восходящий знак: почему асцедент важнее знака зодиака и как определить свой

Рассказываем, как определить свой асцедент и что он означает

VOICE
Польза «золотых яблок»: 5 причин есть томаты каждый день, о которых вы не слышали Польза «золотых яблок»: 5 причин есть томаты каждый день, о которых вы не слышали

Чем хорош самый популярный в России овощ

Вокруг света
Агросектору поручено расти Агросектору поручено расти

Урожай в этом году может обеспечить позитивную динамику в сельском хозяйстве

Агроинвестор
Подвиг Огурцова: как всего три советских кавалериста захватили немецкую колонну из 33 единиц техники Подвиг Огурцова: как всего три советских кавалериста захватили немецкую колонну из 33 единиц техники

Василий Огурцов со своими товарищами смог захватить колонну немецких грузовиков

ТехИнсайдер
10 крайне выносливых автомобилей, способных пересечь пустыню 10 крайне выносливых автомобилей, способных пересечь пустыню

Внедорожники и пикапы всех мастей, которые смогут пересечь пустыню

ТехИнсайдер
Кто мы и куда идем: 9 фильмов о кризисе идентичности Кто мы и куда идем: 9 фильмов о кризисе идентичности

Фильмы, помогающие выйти на тот самый «свой» путь

Правила жизни
«Она позвала меня к себе»: Анна Седокова призналась, что ей подарила Дженнифер Лопес «Она позвала меня к себе»: Анна Седокова призналась, что ей подарила Дженнифер Лопес

Анна Седокова рассказала о личном знакомстве с голливудской иконой

VOICE
Зачем платить по QR-коду и насколько это безопасно: новый способ совершать покупки Зачем платить по QR-коду и насколько это безопасно: новый способ совершать покупки

Как и зачем платить по QR-коду?

ТехИнсайдер
Ягодная история Ягодная история

Топ-7 самых полезных ягод, которые помогут укрепить иммунитет

Лиза
Самые умные породы кошек, которые могут удивить своим интеллектом Самые умные породы кошек, которые могут удивить своим интеллектом

Кошки — невероятно умные существа

ТехИнсайдер
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
Энтомологи усомнились в скором вымирании монархов Энтомологи усомнились в скором вымирании монархов

Вопреки популярному мнению, бабочки монархи не находятся на грани вымирания

N+1
Ты просто не поймешь это, пока молода: письмо австралийки берет за живое всех женщин, которым уже исполнилось 45 Ты просто не поймешь это, пока молода: письмо австралийки берет за живое всех женщин, которым уже исполнилось 45

Что изменится в твоей жизни с возрастом?

VOICE
24-летняя индианка женится на самой себе: зачем люди «узаконивают» одиночество? 24-летняя индианка женится на самой себе: зачем люди «узаконивают» одиночество?

В вашей жизни у вас главная роль

Psychologies
Антиоксидант из помидоров продлил жизнь солнечным элементам Антиоксидант из помидоров продлил жизнь солнечным элементам

Ученые стабилизировали перовскитные солнечные элементы

N+1
Сергей Иванов: «Хотел бы назвать их друзьями» Сергей Иванов: «Хотел бы назвать их друзьями»

Тайны, оставшиеся за кадром, раскрывает известный фотограф Сергей Иванов

Караван историй
Как приготовить на гриле разное мясо: курица, говядина, лосось Как приготовить на гриле разное мясо: курица, говядина, лосось

Правила приготовления мяса на гриле

ТехИнсайдер
Искусство после Сребреницы Искусство после Сребреницы

Как сербские художники переживали войну

Weekend
Ментоловые слезы. О фильме «Главная роль» Ментоловые слезы. О фильме «Главная роль»

«Главная роль» — фильм аргентинских режиссеров Мариано Кона и Гастона Дюпра

СНОБ
Жизнь после развода: как стать самодостаточным мужчиной и хорошим отцом Жизнь после развода: как стать самодостаточным мужчиной и хорошим отцом

Развод может стать настоящим испытанием на прочность не только для женщины

Forbes
Открыть в приложении