.
Термоядерный синтез: десятилетия мечты о чистой энергии
Термоядерный синтез — это процесс, который питает солнце и звезды. Он включает в себя синтез легких ядер водорода в более тяжелые ядра, такие как гелий, выделяя огромное количество энергии. В отличие от ядерного деления, которое используется на современных атомных электростанциях, термоядерный синтез практически не производит долгоживущих радиоактивных отходов и не несет риска крупных аварий.
Но воспроизвести эти экстремальные условия на Земле — сложная задача. Чтобы запустить реакцию, топливо должно быть нагрето до миллионов градусов и находиться там достаточно долго, чтобы процесс стал самоподдерживающимся. До сих пор экспериментальные реакторы потребляли больше энергии, чем производили.
Стеллараторы против токамаков: два подхода к управлению плазмой
Для поддержания плазмы при таких температурах разрабатываются два типа реакторов: токамаки и стеллараторы.
Токамаки (более простая конструкция) используют сильные электрические токи внутри плазмы для создания магнитного поля, которое удерживает ее на месте. Однако этот подход трудно стабилизировать в течение длительных периодов времени, что ограничивает его эффективность.
С другой стороны, стеллараторы используют сложную систему спиральных внешних магнитов для обеспечения стабильной плазмы без необходимости внутреннего тока. Такая конструкция сложнее в разработке, но более стабильна при длительной эксплуатации. Wendelstein 7-X — самый передовой стелларатор на сегодняшний день.
Рекордные эксперименты Wendelstein 7-X
В недавних экспериментах в Институте физики плазмы Макса Планка (IPP) в Грайфсвальде, Германия, международная группа, работающая над реактором Wendelstein 7-X, достигла результатов, которые превзошли ожидания. Реактор побил несколько мировых рекордов, особенно с точки зрения того, как долго плазма может сохранять стабильность при высоких температурах, фундаментальный критерий, который имеет решающее значение.
«Тройной продукт» (совокупные параметры плотности плазмы, температуры и времени удержания энергии) достиг значений, сопоставимых с лучшими токамаками.
Обратите внимание: Достигнут рубеж в процессе искусственного фотосинтеза.
Это критический параметр: для того, чтобы реакция была самоподдерживающейся и производила больше энергии, чем потребляла, необходимо превзойти критерий Лоусона.Томас Клингер, руководитель проекта Wendelstein 7-X, назвал новый рекорд «впечатляющим достижением» и «важным шагом на пути к созданию стелларатора, пригодного для использования на электростанциях». Это доказывает, что у технологии блестящее будущее.
Как им удалось совершить такой успех?
Достижение стало возможным благодаря ключевому технологическому новшеству: новой системе впрыска топлива. Исследователи разработали инжектор, который выстреливает сотнями замороженных водородных гранул в плазму со скоростью, близкой к пуле (до 800 метров в секунду).
В это же время плазма нагревалась мощными микроволновыми импульсами до температуры 30 миллионов градусов Цельсия. Эта тонкая работа позволила плазме оставаться в стабильном состоянии в течение 43 секунд, что является рекордом для стелларатора.
Контроль плазмы в течение длительного времени имеет решающее значение, поскольку чем дольше плазма остается горячей и стабильной, тем больше энергии может произвести реакция синтеза. Эксперимент также установил еще один рекорд: 1,8 гигаджоуля энергии были произведены за шесть минут, что намного превышает другие реакторы, такие как китайский EAST Tokamak.
К коммерческой термоядерной энергии: ближайшее будущее?
Эти результаты показывают, что стеллараторы являются сильными кандидатами на ключевые технологии в будущих термоядерных электростанциях. Они способны поддерживать стабильную плазму без внутреннего тока, что является огромным преимуществом для устойчивой коммерческой эксплуатации.
Роберт Вольф, руководитель отдела нагрева и оптимизации Windelstan 7-X, подчеркнул, что этот успех также является результатом образцового международного сотрудничества, которое укрепляет уверенность в долгосрочной жизнеспособности ядерного синтеза.
Конечно, предстоит еще долгий путь. Следующий шаг — преодолеть критичность Лоусона, чтобы реактор мог производить больше энергии, чем потребляет. Затем возникает проблема, как построить атомные электростанции, которые будут масштабируемыми, долговечными и экономически эффективными.
Но каждый побитый рекорд, каждый технологический прорыв приближает человечество к чистой, практически неисчерпаемой и безопасной энергии.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.