Китай впервые протестировал «искусственное Солнце»
Китайские ученые впервые протестировали термоядерный реактор, который называют «искусственным Солнцем». Оно в 13 раз горячее настоящего, его температура может достичь до 200 млн °С.
Китай запустил «искусственное солнце» — крупнейший в стране реактор термоядерного синтеза. Об этом сообщили государственные СМИ, они отметили большой прогресс в исследованиях в области ядерной энергетики.
Реактор HL-2M Tokamak является крупнейшим и самым современным экспериментальным исследовательским устройством Китая в области термоядерного синтеза. Ученые надеются, что это устройство потенциально способно стать мощным источником чистой энергии. Он использует магнитное поле для плавления горячей плазмы и может достигать температуры свыше 200 млн °С. Это примерно в десять раз горячее, чем ядро Солнца.
Реактор расположен в юго-западной провинции Сычуань, его строительство завершили в конце 2019 года. Устройство неофициально называют «искусственным солнцем» из-за того, что он производит огромное количество тепла и энергии. Они планируют использовать устройство в сотрудничестве с учеными, работающими над Международным термоядерным экспериментальным реактором — крупнейшим в мире исследовательским проектом по термоядерному синтезу, базирующимся во Франции. Его планируют завершить в 2025 году.
«Развитие ядерной энергии синтеза является не только способом решения стратегических энергетических проблем Китая, но и имеет большое значение для будущего устойчивого развития энергетики и национальной экономики Китая», — пишет газета People’s Daily.
В отличие от деления, синтез не выделяет парниковых газов и несет в себе меньший риск несчастных случаев. Но добиться термоядерного синтеза чрезвычайно трудно и дорого: общая стоимость реактора оценивается в 22,5 млрд долларов.
Источник
Китайцы создали искусственное Солнце. Оно может дать энергию всему человечеству
На термоядерном реакторе EAST, прозванном «китайским искусственным солнцем», учёные разогрели плазму до ста миллионов градусов (температура в центре нашей звезды – 15 миллионов °C), сообщили Вести.ру со ссылкой на информацию Академии наук КНР. Таким образом сделан очередной шаг к источнику дешёвой и экологически чистой энергии для всего человечества.
EAST относится к так называемым токамакам. Само это слово было придумано Игорем Николаевичем Головиным, учеником академика Курчатова, когда в начале 50-х годов прошлого века в СССР начались активные исследования в области управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей (от «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками»), а первая такая камера начала действовать в нашей стране в 1954 году, когда десятки миллионов китайцев, следуя установке Мао Цзедуна, варили в горшках во дворах своих хижин чугун.
Да что китайцы! – в США идея с использованием термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем обсуждалась в начале 50-х лишь на теоретическом уровне, а вскоре была «забыта» вплоть до 70-х годов. В СССР же токамаки строились один за другим, и в 1968 году на установке T-3, построенной в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова под руководством академика Л. А. Арцимовича, была достигнута температура плазмы 10 миллионов кельвинов. После этого начался бум токамаков в мире, их начали строить в США, Западной Европе, в 1985 году первый токамак появился в Японии. Китайцы запустили свой EAST в 2006 году, но продвинулись очень быстро, в практическом плане опередив, насколько можно судить по доступной информации, всех конкурентов.
Но зачем понадобилось разогревать плазму до температуры, почти в семь раз превышающей температуру солнечного ядра? Как поясняет научная редакция Вести.ру, термоядерным реакциям в центре Солнца способствует мощная гравитация звезды и её огромные размеры. Чтобы получить нужный результат в земных условиях, и требуется такая гигантская температура. При этом её нужно поддерживать достаточно долго, чтобы необходимые реакции успели произойти. В 2017 году EAST впервые удержал максимальную температуру плазмы в течение более чем ста секунд.
Столь замечательный результат был получен благодаря использованию сразу четырёх источников тепла.
Во-первых, плазму нагревали низкие гибридные волны и электронные циклотронные волны (это разные виды продольных колебаний электронов и ионов).
Во-вторых, физики использовали ионный циклотронный резонанс. Суть явления состоит в том, что в однородном и постоянном во времени магнитном поле ионы движутся по кругу с определённой частотой. Если периодически и с той же частотой передавать им дополнительный импульс с помощью электрического поля, можно сильно повысить энергию ионов и тем самым поднять и температуру вещества.
Наконец, свой вклад внесло впрыскивание нейтрального пучка. Поясним, о чём речь. Горячая плазма в реакторе удерживается магнитным полем. Возникающие силы заставляют заряженные частицы изменять траекторию, избегая столкновения со стенками камеры (только благодаря этому последние не обращаются в пар). Однако на электрически нейтральные атомы магнитное поле не действует. Поэтому струя такого вещества может беспрепятственно проникнуть в магнитную ловушку. Там атомы моментально сталкиваются с ионами плазмы, теряют электроны и сами превращаются в ионы. При этом большая часть кинетической энергии пучка расходуется на нагрев плазмы.
Умелое использование всех этих механизмов и позволило учёным получить тепловую мощность более десяти мегаватт и с её помощью нагреть плазму до 100 миллионов °C. Точнее говоря, речь идёт о температуре электронов. Протоны – частицы гораздо более тяжёлые и в том же облаке плазмы могут иметь совсем другую температуру.
Эксперименты с периодическим воспроизведением такого состояния плазмы продолжались четыре месяца. Физики изучали устойчивость плазмы в магнитной ловушке, воздействие её на стенки реактора, движение раскалённого вещества и так далее.
Также испытанию подвергся охлаждаемый водой вольфрамовый дивертор – устройство, мешающее частицам со стенок камеры попадать в плазму.
В последние годы похожий результат был достигнут на нескольких термоядерных реакторах, но результат китайских физиков особенно важен в связи с необычно высокой температурой, которая развивается в EAST.
EAST стал первым в мире токамаком с некруглым поперечным сечением, магнитное поле в котором полностью создаётся сверхпроводящими электромагнитами.
Опыт китайских физиков наверняка будет учтён в проекте ИТЭР. Это крупнейший в мире термоядерный реактор, в строительстве которого участвуют 35 стран, в том числе Россия, Китай и США.
Конечной целью исследователей является промышленный термоядерный реактор. Если человечеству удастся создать эту технологию, оно будет фактически навсегда обеспечено дешёвой и экологически чистой энергией.
Правда, предстоит решить ещё несколько проблем, например, наладить производство тяжёлого изотопа водорода трития, который является стандартным термоядерным топливом, но, кажется, и эта проблема будет в обозримом будущем решена.
А что же Россия? Сказать, что мы совсем уж скатились на обочину прогресса, нельзя, наверное. Википедия сообщает, что у нас есть Т-7 — уникальная установка, в которой впервые в мире в 1979 году реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом с проводниками из сплава (интерметаллида) ниобий-олово, охлаждаемого жидким гелием, и таким образом была подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики, в 1988 году был запущен T-15 — реактор со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле индукцией 3,6 Тл, (в 1995 г. эксперименты были приостановлены, гласит Википедия, но с 2012 г. проходит модернизацию, окончить которую планируется в 2019 году), в 1999 году создан новейший в России токамак Глобус-М, наши учёные и инженеры принимают участие в общеевропейском проекте ЦЕРН (со вкладом в 5-7% в денежном и интеллектуальном выражениях), играют не последнюю роль в упомянутом выше проекте ITER, но мы давно не лидеры и даже не в тройке призёров в гонке за управляемым термоядерным синтезом. Получается примерно также, как с идеей осчастливить человечество созидательной энергией идей коммунизма.
. Говорят, в подмосковном Протвино, где зарождался Институт физики высоких энергий (ИФВЭ), туристы могут погулять по тоннелям заброшенного протонного ускорителя, ещё в брежневские застойные годы бывшим крупнейшим в мире; зрелище впечатляющее, — Тарковскому с его «Сталкером» и не снилось.
Читал научную литературу, пересказывал и комментировал
Юрий Алаев.
Источник
Китай зажигает «искусственное солнце»: введён в эксплуатацию термоядерный реактор HL-2M Tokamak
В пятницу почти без отставания от графика в исследовательской лаборатории в Чэнду, провинция Сычуань, принят в эксплуатацию экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Установка пришла на смену реактору HL-2A. Новый реактор позволит китайским учёным проводить эксперименты с плазмой, разогреваемой до температуры 150 млн °C, что в три раза больше, чем позволял HL-2A. И это в десять раз больше, чем внутри Солнца!
Последние проверки перед запуском термоядерного реактора в лаборатории в Чэнду. Источник изображения: STR/AFP
Экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak станет новым, более совершенным полигоном для изучения течения термоядерных реакций. Разогретая до сверхвысоких температур магнитоактивная плазма внутри реактора удерживается магнитным полем. По словам учёных, реактор HL-2M может удерживать плазму до 10 секунд.
Изучение процессов в лаборатории поможет довести разработку установки до создания экспериментального реактора, который начнут строить в Китае в следующем году, и до промышленного прототипа, который планируется построить к 2035 году. Переход к полномасштабной эксплуатации термоядерной энергии Китай рассчитывает осуществить к 2050 году.
Установка в сборе. Источник изображения: STR/AFP
Также работа реактора HL-2M Tokamak может помочь в развитии международного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), в рамках которого на юге Франции строится термоядерный реактор с участием ведущих стран, включая Россию, Китай, США, Японию и других. Как и HL-2M Tokamak, реактор ITER будет разогревать изотопы водорода до 150 млн °C. Поскольку реактор ITER будет введён в эксплуатацию в период с 2023 по 2025 годы, эксперименты на китайском реакторе HL-2M могут помочь в осуществлении проекта. Ждём интересных результатов!
Источник
В Китае зажглось «Искусственное Солнце» в 10 раз горячее настоящего — шаг на пути к чистой энергии
Кажется, прогресс науки в Китае не остановить. «Искусственное Солнце» — крупнейший в Китае реактор термоядерного синтеза. Его запустили в тестовом режиме несколько дней назад.
Реактор HL-2M Tokamak разрабатывался с 2006 года в рамках создания Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР .
Китайский реактор призван обеспечить получение чистой энергии за счёт управляемого термоядерного синтеза с использованием водорода и дейтерия в качестве топлива.
Вообще, термоядерный синтез считается «Святым Граалем» сегодняшней науки. Противоположно процессу деления в атомных реакторах, в рамках термоядерного синтеза атомные ядра объединяются с высвобождением огромного количества энергии. Он отличается отсутствием выбросов парников газов и несёт меньший риск аварий. Тем не менее, достичь его крайне сложно, а общая стоимость ИТЭР оценивается в $22,5 млрд.
На сегодняшний день рекорд по удержанию высокотемпературной плазмы в магнитном поле принадлежит именно китайцам — 101,2 секунды. Его они достигли на другом своём реакторе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), на котором не планировалось зажигать полноценную термоядерную реакцию. Во время тестового запуска HL-2M Tokamak чуда не произошло — на то он и тестовый. Посмотрим, что будет дальше.
Ну а китайцы. что ж. Освоение космоса во всех возможных направлениях, достижение дна Марианской впадины, теперь вот шаг навстречу термоядерному синтезу. И всё это в максимально короткий промежуток времени, фактически одновременно. Кажется, у нас тут новый мировой лидер намечается — пора учить язык и закупать юани.
Подписывайтесь на S&F , канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.
Источник
«Искусственное Солнце» заработает в Китае в 2020 году
В 2020 году китайские учёные запустят новый экспериментальный термоядерный реактор HL-2M в рамках проекта EAST. Подобные установки иногда называют «искусственным Солнцем» — в них проходят те же процессы, что и в ядре нашей звезды. О перспективах китайского проекта и в целом о технологии термоядерного синтеза «360» поговорил с профессором Георгием Тихомировым — замдиректора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ.
Глава Юго-Западного института физики Дуань Сюйжу ранее рассказал, что реактор HL-2M сможет разогреть плазму до температуры выше 200 миллионов градусов по Цельсию. Предыдущий рекорд был также установлен в КНР: год назад в другом экспериментальном токамаке EAST — HT-7U — пиковая температура составляла 100 миллионов градусов.
Токамак — это сокращение от «тороидальной камеры с магнитными катушками». Название придумали советские физики в 1950-х годах, тогда же были проведены первые эксперименты по удержанию разогретой плазмы с помощью мощных магнитов.
Термоядерные реакции постоянно идут на Солнце. В ядре, температура которого достигает 15 миллионов градусов по Цельсию, водород превращается в гелий. При этом высвобождается гигантская энергия.
Чтобы воссоздать процесс на Земле, необходимо разогреть изотопы водорода дейтерий и тритий до температуры выше 100 миллионов градусов Цельсия. К этому моменту газ становится плазмой.
Такие температуры нужны, чтобы достичь большей плотности выделения энергии, чем на Солнце, пояснил Тихомиров:
Солнце очень большое, и поэтому энергии, которое оно дает, хватает на всех. А на Земле мы создаем условия в меньшем объеме. Если условия будут близки к солнечным, это не позволяет нам использовать их для практических нужд.
Помимо этого, для функционального термоядерного реактора (который выдавал бы энергии больше, чем затрачено) необходимо удержание плазмы внутри токамака на протяжении продолжительного времени и получение высокоплотной плазмы.
По словам Тихомирова, китайская установка HL-2M «по каким-то параметрам будет превосходить существующие», однако «никакого прорыва в этом нет».
Замдиректора Института ядерной физики и технологий напомнил, что в исследовательском центре Кадараш во Франции строится самый большой термоядерный реактор в мире — ITER. В этом международном проекте участвуют ЕС, Япония, Россия, США, Китай, Индия и Южная Корея. Реактор, который планируется достроить к 2025 году, китайцы «переплюнуть не могут», уверен профессор:
Скорее всего, они создадут какую-то компактную маленькую установку, где добьются неплохих параметров по плазме. Но никакого прорыва в энергетике это не даст.
Специалист добавил, что в России термоядерные исследования «развиваются по различным направлениям».
«Запустим скоро Т-15, наш токамак, есть и другие установки. Также мы входим в программу ITER. Эта тема известная, и мы здесь не уступаем китайцам», — подчеркнул Тихомиров.
Профессор отметил, что запуск термоядерной атомной станции имеет большие перспективы, потому что топлива, которое может быть использовано, — дейтерия «очень много в Мировом океане».
Люди должны исследовать этот источник, чтобы выйти на получение энергии из воды в промышленных масштабах. Но путь еще очень длинный.
Источник