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

Самолет комсомольцев Самолет комсомольцев

Уникальный авиационный проект, созданный комсомольцами и на деньги комсомола

Популярная механика
«Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос «Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос

Специалисты красоты все чаще работают в команде с людьми смежных специальностей

РБК
Больше чем учитель: кто такой ментор и зачем он нужен ребенку Больше чем учитель: кто такой ментор и зачем он нужен ребенку

Зачем нужен менторинг нашим детям?

Psychologies
Это все неправда! 5 главных стереотипов о женщинах, не имеющих отношения к реальности (ну, почти) Это все неправда! 5 главных стереотипов о женщинах, не имеющих отношения к реальности (ну, почти)

Пришло время развенчать главные стереотипы о женщинах

VOICE
Антипригарное покрытие для посуды: какое лучше? Антипригарное покрытие для посуды: какое лучше?

Какие антипригарные покрытия сегодня бывают, какие у них плюсы и минусы

CHIP
Как старую бочку превратить в коптильню для холодного копчения Как старую бочку превратить в коптильню для холодного копчения

Один из распространенных способов изготовления коптильни - использование бочки

ТехИнсайдер
Полвека с Дали: кем была Гала Градива, муза великого художника Полвека с Дали: кем была Гала Градива, муза великого художника

Вечная спутница «безумца» Дали — Елена Дьяконова

Вокруг света
Три голоса пхали Три голоса пхали

В основе «Пхали», как и в традиционной грузинской музыке, – трехголосие

Вокруг света
Главный враг осетров – это не плотины, а браконьеры: немного интересных фактов про черную икру Главный враг осетров – это не плотины, а браконьеры: немного интересных фактов про черную икру

Покупая черную икру у официальных продавцов, вы не наносите ущерба осетрам

ТехИнсайдер
Горцы — и как с ними быть в новой реальности Горцы — и как с ними быть в новой реальности

Горцы — не только люди, живущие в горах, но и название большого числа растений

Наука
Что нужно знать о стиле режиссера Александра Сокурова Что нужно знать о стиле режиссера Александра Сокурова

О том, как Сокуров отражает историю страны в кино, — в материале «Сноба»

СНОБ
Легко ли быть молодым: 5 книг ко Дню молодежи Легко ли быть молодым: 5 книг ко Дню молодежи

Книги, которые помогут молодым людям сориентироваться в жизни, лучше понять себя

ТехИнсайдер
Противоядие против старения: как работает рапамицин Противоядие против старения: как работает рапамицин

Потрясающий рассказ о настоящей науке и старении

Вокруг света
Нужен ли вам мозг на самом деле? Нужен ли вам мозг на самом деле?

«Кора головного мозга отвечает за гораздо меньшее, чем думают большинство людей»

Вокруг света
Француженки уже не те: как на самом деле парижанки одеваются летом Француженки уже не те: как на самом деле парижанки одеваются летом

Как выглядят современные француженки

VOICE
На троне не все дома: 5 правителей, у которых были проблемы с психикой На троне не все дома: 5 правителей, у которых были проблемы с психикой

Явные психические отклонения имели многие правители

Вокруг света
«Застывшие чувства превращаются в хроническую боль»: что такое ПТСР и как его лечить «Застывшие чувства превращаются в хроническую боль»: что такое ПТСР и как его лечить

О причинах ПТСР и о том, как его диагностировать и лечить

Forbes
Правила жизни Принса Правила жизни Принса

Музыкант, умер 21 апреля 2016 года в городе Шанхассен, штат Миннесота

Правила жизни
От Морятника до Мортуария: 10 небанальных достопримечательностей Волгограда, которые стоит посетить каждому От Морятника до Мортуария: 10 небанальных достопримечательностей Волгограда, которые стоит посетить каждому

Город, сменивший три названия и растянувшийся вдоль Волги на сто километров

Вокруг света
В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова

Николай Дроздов — воплощение стиля ученого-полевика

Правила жизни
5 растительных продуктов с высоким содержанием белка 5 растительных продуктов с высоким содержанием белка

Какие растительные продукты содержат много белка?

ТехИнсайдер
Как ведьмы стали женщинами Как ведьмы стали женщинами

Как в ведьмах видели угрозу государству, церкви и капитализму

Weekend
О чем шипит мадагаскарский таракан О чем шипит мадагаскарский таракан

Немного о популяции мадагаскарских шипящих тараканов в Москве

Наука
Загадка природы: почему ученые до сих пор не могут разгадать тайну шаровой молнии Загадка природы: почему ученые до сих пор не могут разгадать тайну шаровой молнии

Что такое шаровая молния и откуда она берется?

ТехИнсайдер
Летящие насквозь Летящие насквозь

Каждое мгновение нейтрино триллионами пронзают наши тела

Вокруг света
Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать

Всегда ли откровенные разговоры на кухне помогают залечить душевные раны?

Psychologies
«Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин? «Игра по правилам»: как 9 гендерных стереотипов влияют на сексуальную жизнь мужчин?

Как социальные нормы влияют на сексуальную самооценку мужчин?

Psychologies
8 признаков обмана 8 признаков обмана

Как понять, что собеседник врет?

Лиза
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
Неслучайны связи Неслучайны связи

Мы поговорили с создателями трех тревел-проектов о том, как искать «своих»

Seasons of life
Открыть в приложении