В Китае проведены успешные эксперименты с усовершенствованным сверхпроводящим токамаком EAST, который достиг контролируемой реакции синтеза атомных ядер и поддерживал ее в течение более 17 минут при температуре 70 млн °C. Если время удержания реакции будет еще увеличено, то после 2030 года Китаю удастся создать термоядерный реактор. Это может обеспечить страну практически неограниченным количеством чистой и безопасной энергии.
Какой новый рекорд установил Китай?
Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) сообщила о достижении успешных результатов в экспериментах с улучшенным сверхпроводящим токамаком EAST. В результате, была достигнута контролируемая реакция синтеза атомных ядер и ее удержание продолжалось более 17 минут при температуре 70 млн °C. По словам представителей CNNC, если время удержания реакции будет еще увеличено, то Китаю удастся создать термоядерный реактор после 2030 года. Это позволит стране обеспечить себя практически неограниченным количеством чистой и безопасной энергии.
Что такое термоядерный синтез?
Термоядерный синтез - это процесс объединения двух легких атомных ядер в одно более тяжелое ядро, который высвобождает огромное количество энергии. Этот процесс происходит в плазме - горячем заряженном газе, состоящем из положительных ионов и свободно движущихся электронов.
В звездах, включая Солнце, термоядерный синтез является источником энергии. Благодаря очень высокой температуре и давлению внутри звезды, легкие атомные ядра разгоняются до такой скорости, что они преодолевают взаимное отталкивание и сталкиваются друг с другом, освобождая энергию.
Если удалось запустить термоядерный синтез в специальных установках на Земле, то это может предоставить людям почти неограниченный источник энергии. Термоядерный синтез обеспечивает в четыре раза больше энергии на единицу топлива, чем атомные электростанции, и примерно в четыре миллиона раз больше, чем сжигание угля или нефти.
Большинство термоядерных реакторов используют дейтерий и тритий - изотопы водорода с дополнительными нейтронами. По расчетам, несколько граммов этих изотопов могут обеспечить терраджоуль энергии, что хватит гражданину развитой страны с высоким энергопотреблением на 60 лет.
Что такое установка HL-2A?
HL-2A - это экспериментальная установка термоядерного синтеза, созданная китайскими учеными в Чэнду. В 2020 году на этом токамаке была получена первая плазма. Главной задачей установки является решение важных вопросов, связанных с созданием термоядерных устройств, включая международный проект ИТЭР. Основные направления исследований включают радиочастотно-волновой нагрев, токовую стимуляцию, удержание плазмы и физику энергетических частиц.
В 2021 году в токамаке Юго-Западного института физики была достигнута температура 150 миллионов градусов Цельсия, а реакция была удержана в течение 101 секунды. Недавно была достигнута более длительная реакция, продолжавшаяся более 17 минут. В настоящее время HL-2M создает плазменный ток с силой более 2,5 мегаампера и работает непрерывно при условии более 1 мегаампера.
После проведения ряда проверок китайские ученые планируют создать коммерческий реактор демонстрационной термоядерной электростанции (DEMO). Он будет функционировать почти непрерывно и обеспечивать чистый прирост электроэнергии более 50 мегаватт. Одной из ключевых проблем, которую они должны решить, является поддержание стабильности термоядерной плазмы на протяжении длительного времени для производства энергии на постоянной основе.
Создание установок типа DEMO требует разработки и интеграции сложных элементов и систем, которых нет в существующих экспериментальных термоядерных устройствах. Такие элементы, как системы генерации электроэнергии и системы контроля горения, являются необходимыми. Реакторы DEMO также требуют особых материалов из-за большого потока нейтронов и высокой плотности энергии, создаваемых горящей плазмой.
Что нужно для запуска термоядерного синтеза на Земле?
Внутри Солнца гравитация очень сильная, поэтому для термоядерного синтеза достаточно температуры около 10 миллионов градусов Цельсия. Однако на Земле условия отличаются, и для поддержания реакции дейтерия и трития необходима намного более высокая температура, около 100 миллионов градусов Цельсия. Важно также одновременно контролировать давление внутри камеры, где происходит процесс, и магнитные силы, удерживающие плазменный шнур, чтобы он не соприкасался со стенками камеры и не повредил оборудование.
Это необходимо для продления времени реакции и получения большего количества энергии, чем было затрачено на запуск. Главная задача создателей токамаков - установок для термоядерного синтеза - заключается в удержании плазмы в стабильном состоянии. Термин "токамак" был придуман советским физиком Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Он означает "тороидальная камера с магнитными катушками" и является синонимом термина "установка термоядерного синтеза".
Как обстоит ситуация в России с токамаками?
23 августа Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» успешно запустил модернизированную термоядерную установку Т-15МД. Эта установка позволит создать термоядерный источник нейтронов и является важным шагом в развитии термоядерной энергетики в России.
Установка Т-15МД была дополнительно оснащена системами нагрева, и уже проведены первые испытания по энергетическому пуску. Глава института Михаил Ковальчук сообщил, что плазма была успешно получена, и токамак в настоящее время работает и набирает мощность. Это значимое достижение в области термоядерной энергетики в России.
Вот и всё на этом🙃 Если дочитали до этого места, обязательно подпишись! Ведь дальше будет еще интереснее! Следующие полезности не за горами! 😉
#энергетика #термоядерный #реактор