Физики успешно разработали ключевое устройство для получения термоядерной энергии

Мишель Старр

2 сентября 2021 года

(Eduard Muzhevskyi/Getty Images)

Физики, работающие над типом термоядерного реактора, называемого стелларатором, приближаются к фактическому использованию мощности ядерного синтеза.

Согласно новой статье, стелларатор Wendelstein 7-X в Германии теперь способен удерживать тепло, которое достигает температуры в два раза выше, чем в ядре Солнца. Это означает, что физики смогли уменьшить потери тепла - важный шаг вперед в технологии стеллараторов.

"Это действительно захватывающая новость для fusion, что этот проект был успешным", - сказал физик Новимир Паблант из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). "Это ясно показывает, что такого рода оптимизация может быть выполнена".

Термоядерная энергетика находится в центре внимания усилий по развитию энергетики во всем мире. Теоретически он основан на использовании энергии, высвобождаемой при слиянии ядер в плазме, для получения более тяжелого элемента: тот же процесс, который происходит в сердцах звезд. Если бы мы могли достичь этого, преимущества были бы огромными – чистая энергия с высокой производительностью, которая практически неисчерпаема.

Однако это легче сказать, чем сделать. Слияние-чрезвычайно энергичный процесс, и сдерживать его непросто. Термоядерная энергия была впервые исследована в 1940 – х годах; десятилетия спустя термоядерные реакторы все еще не производят столько энергии, сколько теряют, с довольно значительным отрывом, хотя разрыв сокращается.

Технология термоядерного синтеза, которая в настоящее время бьет температурные рекорды, – это токамак-петля плазмы в форме пончика, заключенная в оболочку магнитных полей, приводимая в движение с высокой скоростью быстрыми импульсами. Относительная простота помогает сдерживать его при высоких температурах, но только всплесками.

Стеллараторы, с другой стороны, основаны на невероятно сложной конфигурации магнитов, разработанной искусственным интеллектом, который может управлять плазмой, чтобы она продолжала течь. Их довольно сложно спроектировать и построить, что привело к появлению стеллараторов, которые пропускают довольно много энергии, вырабатываемой при термоядерном синтезе, в виде потерь тепла.

Футуристически выглядящее устройство с витыми линиями и металлическими панелями Wendelstein 7-X. (Бернхард Людвиг/Институт физики плазмы Макса Планка)

Эта потеря тепла является результатом процесса, называемого неоклассическим переносом, при котором сталкивающиеся ионы в термоядерном реакторе вызывают диффузию плазмы наружу. Его эффект в стеллараторах сильнее, чем в токамаках.

Поскольку у токамаков есть свои недостатки, исследователи из PPPL и Института физики плазмы Макса Планка попытались сформировать магниты в W7-X, чтобы попытаться уменьшить эффекты неоклассического переноса. И теперь измерения, проведенные с помощью прибора, называемого рентгеновским кристаллическим спектрометром (XICS), показали очень высокие температуры внутри реактора.

Они подтверждаются измерениями рекомбинационной спектроскопии обмена зарядами (CXRS), которые считаются более точными, чем измерения XICS, но не могут быть выполнены при всех условиях.

Но при согласовании обоих наборов данных, похоже, стелларатор смог достичь температуры почти в 30 миллионов Кельвинов.

Команда обнаружила, что это было бы возможно только в том случае, если бы произошло резкое сокращение неоклассического транспорта. Они провели моделирование, чтобы определить, сколько тепла было бы потеряно при неоклассическом переносе, если бы W7-X не был оптимизирован, и обнаружили, что 30 миллионов Кельвинов-это далеко не предел.

"Это показало, что оптимизированная форма W7-X уменьшила неоклассический перенос и была необходима для производительности, наблюдаемой в экспериментах W7-X", - сказал Паблант. "Это был способ показать, насколько важна оптимизация".

Этот захватывающий результат представляет собой значительный шаг вперед в совершенствовании конструкции стелларатора, который будет информировать и формировать будущие усилия.

Это также значительный шаг на пути к практическому термоядерному реактору, хотя предстоит проделать еще много работы. Чтобы термоядерный реактор был практичным, он должен иметь не только высокие температуры, но и правильную плотность плазмы и приличное время удержания. В то время как токамаки работают горячее, снижение потерь энергии гарантирует, что технология стеллараторов все еще может иметь преимущество.

"Сокращение неоклассического транспорта-это не единственное, что вам нужно сделать", - сказал Паблант. "Есть целая куча других целей, которые должны быть показаны, включая стабильную работу и снижение турбулентного транспорта".

Учитывая, что в настоящее время разрабатываются различные технологии реакторов ядерного синтеза, кажется, что только вопрос времени, когда одна из них будет реализована. Возможно, еще пройдет какое-то время, прежде чем энергия, полученная в результате термоядерного синтеза, достигнет наших энергосистем, но когда это произойдет, это вполне может изменить мир.

W7-X в настоящее время проходит модернизацию и возобновит работу в 2022 году.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Перевод этой статьи выполнен с помощью Яндекс-преводчик.

Источник: https://www.sciencealert.com/t...

Эти яркие и благородные люди оставили народу России идеи славянофильства, раскрыли цель жизни и глубинную суть характера русских людей, а также обеспечили освобождение наших крестьян от крепостного права. https://cont.ws/@bernardshaw17... - Забытые имена русской истории: Юрий Фёдорович Самарин и Иван Васильевич Кириевский

Существует расхожее мнение, что буддизм и христианство это почти одно и то же. Так ли это на самом деле? https://cont.ws/@bernardshaw17... - Учение об ИСТИННОМ духовном Пути Иисуса Христа и учение Будды. Есть ли между ними что-либо общее?

Если вы стремитесь прожить всю оставшуюся жизнь с ВОРОХОМ ЗАПУТАННЫХ ПРОБЛЕМ , то тогда это не для вас. https://cont.ws/@bernardshaw17... - Человеческий разум, как непрерывно зудящий генератор виртуальных проблем и «непреодолимых трудностей»

История жизни императора России Александра I. Всё тайное всегда становится явным? https://cont.ws/@bernardshaw17... - Старец Федор Кузьмич: «Если я скажу правду - ужаснётся Небо, а если я солгу –сотрясётся Земля»

Естество Божие непостижимо, а умопостигаемы Его мудрость, Сила, благость, то есть, Его ЭНЕРГИИ. Бытие Божие познается не по Его сущности, но по Его Энергиям. Из Энергии познается Сущность, что Она есть (существует), но не то, что Она есть (по своей Природе)... Из «Сотниц» святителя Григория Паламы. https://cont.ws/@bernardshaw17... - Евангелия с речениями Иисуса Христа, как самые извращённо истолкованные и ложно понятые священные тексты на Земле

Свершилось!  Знания древних мудрецов подтверждены опытным путем. Свет, как первооснова материального творения стал научно установленным фактом. https://cont.ws/@bernardshaw17... - Физики впервые получили материю из чистой энергии

Есть коренное, фундаментальное отличие людей западного мира от русских людей. Чем же конкретно отличаются немцы, бритты и прочие западные люди от русских: https://cont.ws/@bernardshaw17... - Сильное наводнение разрушило миф о немецком порядке