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

На все случаи жизни На все случаи жизни

9 неожиданных способов применения картофеля в быту

Лиза
Великий музыкальный Великий музыкальный

«Эннио. Маэстро»: фильм о главном композиторе в истории кино

Weekend
Простой способ менять других людей, не вызывая у них боль, гнев и раздражение Простой способ менять других людей, не вызывая у них боль, гнев и раздражение

У каждого из нас возникает потребность заставить других людей изменить поведение

Forbes
Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов

Отрывок из монографии «Коллекции Ивана и Михаила Морозовых»

Forbes
Яйцо, черепашка и мальчик: о чем рассказывают смерти в помпейских банях Яйцо, черепашка и мальчик: о чем рассказывают смерти в помпейских банях

В Археологическом парке Помпей новая замечательная находка

N+1
Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых? Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых?

За сорок лет склоны Альпийских гор стали зеленее на 77%, и это только начало

Вокруг света
Интересные факты о молниях, которые повалят тебя с ног Интересные факты о молниях, которые повалят тебя с ног

Сколько можно пережить прямых попаданий молнии?

Maxim
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
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
Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе

Устала бороться с непослушными волосами, пытаясь их выпрямить?

VOICE
Как переехать в Бразилию, открыть там бизнес и не дать себя ограбить Как переехать в Бразилию, открыть там бизнес и не дать себя ограбить

Бразилия привлекает россиян, которые находятся в поиске страны для релокации

Forbes
«Поговорите открыто о своих чувствах на работе» «Поговорите открыто о своих чувствах на работе»

Александр Барсуков — о десяти способах защитить сотрудников от выгорания

РБК
Белый дым из выхлопной трубы: почему появляется и что с этим делать Белый дым из выхлопной трубы: почему появляется и что с этим делать

В зависимости от цвета дым может указывать на различные проблемы с автомобилем

РБК
Морщины: почему появляются и как правильно с ними бороться Морщины: почему появляются и как правильно с ними бороться

Скорость старения кожи зависит не только от наследственности

РБК
Виртуальный позитроний сыграл важную роль в позитрон-молекулярной связи Виртуальный позитроний сыграл важную роль в позитрон-молекулярной связи

Теория, описывающая связанную систему, состоящую из позитрона и молекулы

N+1
Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала

Что же делает Энн Хэтэуэй 21 год подряд?

VOICE
Вместо уколов и таблеток: робот-оригами доставит лекарство прямо к больному органу Вместо уколов и таблеток: робот-оригами доставит лекарство прямо к больному органу

Изобретение американских ученых уже называют революцией в медицине

Вокруг света
Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две

Задумавшись об автомобиле на отпуск, сперва мы вспомнили про сервис подписки

Maxim
Человек, соразмерный Вселенной Человек, соразмерный Вселенной

Этой весной исполнилось бы 90 лет академику Николаю Кардашеву

Наука
Антиоксидант из помидоров продлил жизнь солнечным элементам Антиоксидант из помидоров продлил жизнь солнечным элементам

Ученые стабилизировали перовскитные солнечные элементы

N+1
10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога 10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога

Развенчиваем самые популярные мифы о загаре и защитных средствах от солнца

Psychologies
5 самых скандальных фото-фейков в истории 5 самых скандальных фото-фейков в истории

Самые скандальные фото-фейки из тех, что известны на сегодня

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
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
«Улыбайтесь и машите руками»: Кейт Миддлтон тренирует детей перед выходом в свет «Улыбайтесь и машите руками»: Кейт Миддлтон тренирует детей перед выходом в свет

Наследники герцогов Кембриджских очаровали поданных

VOICE
Число жизненного пути: как рассчитать свою совместимость с мужчиной Число жизненного пути: как рассчитать свою совместимость с мужчиной

Что такое совместимость по числам жизненного пути?

VOICE
Почему отношения «как в кино» не работают? Почему отношения «как в кино» не работают?

Идеальные отношения «из кино» в реальной жизни нас разочаруют

Psychologies
Называет истеричкой и не говорит о любви: 5 главных претензий женщин к мужчинам Называет истеричкой и не говорит о любви: 5 главных претензий женщин к мужчинам

Ты даже не представляешь, сколько претензий накапливается у женщин к мужчинам

Maxim
Молот для суперконтинента Молот для суперконтинента

Почему суперконтитент Пангея каждый раз раскалывался?

Наука
Как Леброн Джеймс стал самым успешным и богатым баскетболистом в XXI веке Как Леброн Джеймс стал самым успешным и богатым баскетболистом в XXI веке

Леброн Джеймс стал единственным из игроков НБА, кому удалось заработать $1 млрд

Forbes
Открыть в приложении