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 мой сладкий! Ты мой сладкий!

Как не ошибиться при покупке легкого и воздушного ванильного зефира

Лиза
Как заснуть в автобусе: 5 советов от тревел-блогеров Как заснуть в автобусе: 5 советов от тревел-блогеров

Как заснуть в поездке: лайфхаки от опытных путешественников

Вокруг света
«Полный бред! Скептицизм в мире больших данных». Как относиться к получаемой информации критически «Полный бред! Скептицизм в мире больших данных». Как относиться к получаемой информации критически

Отрывок из книги «Полный бред! Скептицизм в мире больших данных»

N+1
Антимиры Антимиры

Теоретически могут существовать целые антигалактики, заполненные антизвездами

ТехИнсайдер
История одной вещи: железный конструктор, заменявший советским детям Lego История одной вещи: железный конструктор, заменявший советским детям Lego

История железного конструктора, который до сих пор вызывает приятную ностальгию

Правила жизни
Фиолетовая морковь и персик-вишня: как выглядели привычные нам фрукты и овощи в прошлом Фиолетовая морковь и персик-вишня: как выглядели привычные нам фрукты и овощи в прошлом

Как дикие сорта овощей и фруктов отличались от сегодняшних культурных плодов?

ТехИнсайдер
Ремонт без хлопот: Будь проще и… сэкономишь Ремонт без хлопот: Будь проще и… сэкономишь

От чего следует отказаться, чтобы снизить затраты на ремонт

Лиза
На вкус как Луна: зачем NASA кормило тараканов грунтом На вкус как Луна: зачем NASA кормило тараканов грунтом

Почему ученым пришло в голову кормить тараканов лунным грунтом?

N+1
Дмитрий Лысенков Дмитрий Лысенков

Актер Дмитрий Лысенков теперь и в кино «отдувается за всю интеллигенцию»

Собака.ru
Как 16-летняя москвичка построила бизнес на тренде из TikTok Как 16-летняя москвичка построила бизнес на тренде из TikTok

Как девятиклассница запустила собственный бренду крашений из полимерной глины

Forbes
«Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо» «Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо»

Наша героиня благодарна тому, что ее мама занималась своей жизнью

Psychologies
Сын стал дочерью, в любви полный штиль: трагедия и одиночество богатейшего человека Земли Илона Маска Сын стал дочерью, в любви полный штиль: трагедия и одиночество богатейшего человека Земли Илона Маска

За званием самого богатого человека в мире скрывается много проблем

VOICE
Тело, сексуальность и борьба. Отрывок из новой книги Оливии Лэнг Тело, сексуальность и борьба. Отрывок из новой книги Оливии Лэнг

Глава «Мерцающая сеть» из книги Оливии Лэнг — рассказ о художнице Агнес Мартин

Правила жизни
Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня

Главной причиной увеличения вязкости нефти оказалось фотоокисление пленки

N+1
На птичьих правах: гарпия, киви и другие необычные пернатые-символы государств На птичьих правах: гарпия, киви и другие необычные пернатые-символы государств

Вы могли даже не слышать о существовании некоторых из этих птиц

Вокруг света
История одной вещи: «Смена-8М» — самый массовый в мире фотоаппарат История одной вещи: «Смена-8М» — самый массовый в мире фотоаппарат

Непритязательную камеру любили студенты, а ее тиражи исчислялись миллионами

Правила жизни
Как найти себя в новой реальности: навыки 2022+ Как найти себя в новой реальности: навыки 2022+

Что поможет чувствовать себя увереннее сегодня и занять свое место в профессии

Psychologies
Мертвые лошади и запрет на почесывание: самые абсурдные правила дорожного движения в Северной и Южной Америке Мертвые лошади и запрет на почесывание: самые абсурдные правила дорожного движения в Северной и Южной Америке

Иногда правила дорожного движения не имеют никакого смысла

ТехИнсайдер
«Теорема зонтика, или Искусство правильно смотреть на мир через призму математики». Как поменять взгляд на повседневность с помощью математики «Теорема зонтика, или Искусство правильно смотреть на мир через призму математики». Как поменять взгляд на повседневность с помощью математики

Отрывок из книги «Теорема зонтика» — о том, как иначе смотреть на мир

N+1
Один большой HDD или два маленьких: что лучше? Один большой HDD или два маленьких: что лучше?

Что лучше – использовать один большой накопитель или два маленьких?

CHIP
Особо опасны: 13 культовых фильмов о маньяках и серийных убийцах, которые стоит посмотреть всем любителям пощекотать нервы Особо опасны: 13 культовых фильмов о маньяках и серийных убийцах, которые стоит посмотреть всем любителям пощекотать нервы

Фильмы о серийных убийцах, от которых станет не по себе

Правила жизни
Билл Гейтс рекомендует: пять отличных книг на лето Билл Гейтс рекомендует: пять отличных книг на лето

Что миллиардер Билл Гейтс советует почитать в отпуске?

Forbes
5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним 5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним

Собирая грибы в лесу, важно быть начеку

ТехИнсайдер
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
Шокирующие факты из документального фильма про Дженнифер Лопес: тяжелое выступление с Шакирой на Супербоуле, сексизм и политика Шокирующие факты из документального фильма про Дженнифер Лопес: тяжелое выступление с Шакирой на Супербоуле, сексизм и политика

Как прошло выступление Дженнифер Лопес и Шакиры на Супербоуле в 2020 году

Правила жизни
Появление керамики у древних жителей Латвии не сказалось на продолжительности грудного вскармливания Появление керамики у древних жителей Латвии не сказалось на продолжительности грудного вскармливания

Биоархеологи провели исследование зубов людей из могильника эпохи мезолита

N+1
Как побороть любой страх: пошаговая инструкция Как побороть любой страх: пошаговая инструкция

Что делать, если ты чего-то очень боишься? Бороться!

VOICE
Эмоционально живые люди: кто они и как стать таким же? Эмоционально живые люди: кто они и как стать таким же?

Психолог Лиля Град — о тех мышцах, которые действительно стоит прокачивать

Psychologies
Максим Стоянов: Максим Стоянов:

Интервью со звездой сериала «Шифр» Максимом Стояновым

Коллекция. Караван историй
Отрывок из новой книги Сергея Минаева «Бунт и смута на Руси» Отрывок из новой книги Сергея Минаева «Бунт и смута на Руси»

Пять историй о крещении Руси, опричнине и смуте, декабристах и Распутине

СНОБ
Открыть в приложении