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

Суперприложение Суперприложение

В Поднебесной вся коммуникация идет через систему WeChat

ТехИнсайдер
Дети остаются без поддержки взрослых: «Гарри Поттер» глазами семейного терапевта Дети остаются без поддержки взрослых: «Гарри Поттер» глазами семейного терапевта

Системный семейный терапевт оценивает их взаимоотношения персонажей «Поттерианы»

Psychologies
Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле

Как британская королева сохранила статус живой легенды?

Forbes
Работает ли фильм «Секрет»: как исполнить свое желание без карты желаний Работает ли фильм «Секрет»: как исполнить свое желание без карты желаний

Как исполнять желания и добиваться целей тем, кто не верит в мистику

Psychologies
Ресторатор Борис Зарьков: «Дальше очень просто – жизнь продолжается. Вы находитесь “здесь”» Ресторатор Борис Зарьков: «Дальше очень просто – жизнь продолжается. Вы находитесь “здесь”»

Ресторатор Борис Зарьков – пат в шахматах, уход Michelin и «голые короли

СНОБ
СССР vs США: что показал эксперимент по сравнению образования 1958 года СССР vs США: что показал эксперимент по сравнению образования 1958 года

Много лет назад журналисты выяснили, где образование лучше: в США или в СССР

VOICE
Что такое тревога и как с ней справляться: 6 простых и эффективных стратегий Что такое тревога и как с ней справляться: 6 простых и эффективных стратегий

Наши тревоги не определяют нас, но они могут осложнить нам жизнь

Вокруг света
Ракетка для сердца: ученые придумали растворяющийся в организме кардиостимулятор Ракетка для сердца: ученые придумали растворяющийся в организме кардиостимулятор

Ученые изобрели кардиостимулятор без проводов и батареи

Вокруг света
Мне просто спросить Мне просто спросить

Онлайн сервис «Просто спросить», где помогают больным раком

СНОБ
Вид с мостика: что может узнать о жизни миллиардеров капитан суперъяхты Вид с мостика: что может узнать о жизни миллиардеров капитан суперъяхты

Книга Брендана О'Шэннесси поможет взглянуть на нюансы управления суперъяхтами

Forbes
Чем опасен избыток сна и что делать, если хронически не высыпаешься Чем опасен избыток сна и что делать, если хронически не высыпаешься

Долгий сон может быть вреден для организма так же, как недосып

ТехИнсайдер
Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям

Как палящее солнце влияет на водителей и чего стоит опасаться в жару

РБК
Три в одном: Как выбраться из любовного треугольника (и надо ли) Три в одном: Как выбраться из любовного треугольника (и надо ли)

О причинах возникновения любовного треугольника и о том, как его разорвать

Лиза
«Невидимый мир» — кроткий и нежный фильм о школьном буллинге и сопротивлении злу «Невидимый мир» — кроткий и нежный фильм о школьном буллинге и сопротивлении злу

«Невидимый мир» — бельгийский фильм о брате и сестре, которых травят в школе

Правила жизни
Какие нарушения в организме влияют на кожу лица Какие нарушения в организме влияют на кожу лица

Глаза — зеркало души, а кожа лица — зеркало всего организма

Psychologies
Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены? Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены?

Как суд Деппа и Херд повлияет на общественное сознание?

Правила жизни
Яснотка пугающая и беззащитная Яснотка пугающая и беззащитная

Яснотка — красивая и опасная

Наука и жизнь
Грунт астероида Рюгу оказался схож по составу с углистыми хондритами Грунт астероида Рюгу оказался схож по составу с углистыми хондритами

Результаты анализа образцов грунта астероида Рюгу

N+1
«Что у вас за план, мистер Фикс?» Почему в СССР сократили мультфильм «80 дней вокруг света» «Что у вас за план, мистер Фикс?» Почему в СССР сократили мультфильм «80 дней вокруг света»

От 16 серий мультфильма «80 дней вокруг света» оставили лишь 11. Но почему?

VOICE
Облико морале: 6 громких судебных процессов с участием знаменитостей за последние 30 лет Облико морале: 6 громких судебных процессов с участием знаменитостей за последние 30 лет

Самые громкие дела с участием знаменитостей за последние 30 лет

Правила жизни
Гринвошинг: это не эко Гринвошинг: это не эко

Разбираемся, что такое гринвошинг и как оставаться ответственным потребителем

Новый очаг
«После того как меня изнасиловали, отношения с мужем дали трещину» «После того как меня изнасиловали, отношения с мужем дали трещину»

Наша героиня поделилась своим травматичным опытом

Psychologies
Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов

Люди запрашивают множество разных тестов, но ситуация с ними весьма запутанна

Вокруг света
Американские генетики обнаружили признаки второй вспышки обезьяньей оспы Американские генетики обнаружили признаки второй вспышки обезьяньей оспы

Несколько отсеквенированных вирусных геномов образовали независимый кластер

N+1
Жигулевские выходные Жигулевские выходные

Что предложить своим гостям Самарская область?

РБК
Ученые ищут методы борьбы с заиканием. Успехи пока скромные Ученые ищут методы борьбы с заиканием. Успехи пока скромные

Возможно ли вылечить заикание?

ТехИнсайдер
Жидкий гелий не помешал вращаться молекуле дейтерия Жидкий гелий не помешал вращаться молекуле дейтерия

Шаро-стержневое представление о молекулах помогает понять их структуру и состав

N+1
Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры? Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры?

Как распознать тепловой удар у питомца и как его предотвратить?

Maxim
Как остановить выпадение волос Как остановить выпадение волос

Выпадение волос — проблема, с которой можно столкнуться в любом возрасте

Maxim
Идеальное червивое общество. О стиле двукратного победителя Каннского кинофестиваля Рубена Эстлунда Идеальное червивое общество. О стиле двукратного победителя Каннского кинофестиваля Рубена Эстлунда

За что мировое киносообщество ценит Рубена Эстлунда

СНОБ
Открыть в приложении