Наше солнце искусственный реактор

Искусственное солнце: как первый в мире термоядерный реактор изменит мир

Искусственное солнце: как первый в мире термоядерный реактор изменит мир
Байден больше минуты не мог выйти из машины перед встречей с Путиным
Появилось видео смертельного наезда автобуса на школьницу в Химках
Стабильный 51 килограмм: сестры Зайцевы раскрыли секрет стройности
У перенесших детей начали выявлять тяжелые осложнения
Цены на российских курортах бьют рекорды
Путин рассказал о побочном эффекте вакцины от коронавируса
В Петербурге тушат пожар на территории завода «Севкабель»
Москва и Вашингтон обсудят обмен осужденными
Москва и область объявили об обязательной вакцинации
В российских магазинах нашли сорт сыра, к которому почти нет претензий
Трагедия на озере в Приморье: выживший малыш рассказал о последних словах родителей
Владимира Путина после переговоров с Джо Байденом
Саммит Россия США в Женеве пройдет без рабочего обеда
«Вписка удалась»: в Сети обсуждают секс-видео с 15-летней школьницей на вечеринке

На этой неделе на юге Франции началась сборка первого в мире термоядерного реактора. Представители 35 стран, в том числе России, США, и Китая, в режиме телемоста наблюдали, как на стройплощадку ядерного центра Кадараш доставили секцию токамака сердца будущего реактора. В этой установке, придуманной еще советскими физиками, международная команда ученых рассчитывает запустить управляемую термоядерную реакцию. По сути создать искусственное солнце, могучий источник энергии, работающий на водороде. Запасы которого, в отличие от угля, нефти, газа или урана, неисчерпаемы.

Это, наверное, самый амбициозный проект нашего времени. В случае успеха проекта ИТЭР человечество сможет рассчитывать на обладание практически неисчерпаемым источником энергии. Это в корне поменяет всю структуру нашего существования, включая остановку глобального потепления

ИТЭР это экспериментальный реактор, который должен воспроизвести физические реакции, происходящие на Солнце и других звездах, и показать возможность использовать потенциала ядерного синтеза как источника электроэнергии. Несмотря на все ограничения, связанные с коронавирусом, все работы по монтажу начинаются в срок, так что пуск реактора и получение на нем первой плазмы должны состояться уже через пять лет.

Бернар Бижо, генеральный директор проекта Международного экспериментального термоядерного реактора: «Мы начинаем работу над этапом сборки, и нам предстоит самая сложная часть работы. Мы должны в жесткие сроки решить сложнейшую головоломку по сбору всех элементов конструкции этого , в котором каждый элемент должен работать с точностью швейцарских часов».

Подобный проект это новая веха в международном сотрудничестве. По масштабам его можно сравнить с Международной космической станцией или Большим адронным коллайдером. ИТЭР это 35 государств, работающих сообща.

Эмманюэль Макрон, президент Франции: «В истории человечества порой наступают такие моменты, когда мы должны оставить в стороне наши разногласия для решения общей, объединяющей всех нас задачи. Создание ИТЭР в середине стало именно таким моментом. США, Россия, Китай, Япония, Европа, Индия и Корея все мы объединили усилия наших лучших ученых ради общего блага и в надежде на мир».

В основе проекта лежит разработанная в нашей стране концепция установки токамак.

Анатолий Красильников, директор учреждения ГК «Росатом», проектный центр ИТЭР: «Самый главный вклад России это идея. Токамак тороидальная камера, магнитная катушка. Система удержания плазмы токамак изобретена и предложена в Советском Союзе в Курчатовском институте, и это наш главный вклад. То есть вся кооперация, весь мир строит реактор в концепции, предложенной нашими учеными».

Интересно и то, что соглашение об ИТЭР состоит из двух частей. Первая: о создании самого проекта и его реализации, а вторая как страны участники будут делить интеллектуальную собственность, которая создается. Семь партнеров, включая Россию, вкладывают свои ресурсы и технологии. Наша доля девять процентов. Взамен мы получаем право на безвозмездную лицензию для уже нашей собственной термоядерной программы и создания нашего реактора.

Анатолий Красильников: «Понимаете, мир сейчас очень сложный, турбулентный, разные есть события, отношения между странами. А вот ИТЭР как ледокол: идет, и об его крепкий корпус все мелочные нюансы текущей жизни мировой разбиваются. И люди учатся и ученые, и не ученые, руководители учатся работать вместе, имея в виду учет интересов партнера. Причем это разные ментальности, разные цивилизации, империи, если хотите, участвуют в проекте ИТЭР».

Главное сейчас чтобы в этом проекте не было никакого протекционизма или энергетических воин. Чтобы Европейский союз, который имеет в этом проекте 45 процентов, не стал бы заставлять Россию играть по своим правилам, используя так называемый Европейский энергетический пакет, а США, у которых в ИТЭР, как и у России, 9 процентов, не стали бы потом шантажировать европейские компании, участвующие в строительстве газопровода «Северный поток 2». Впрочем, главное отличие термоядерной энергетики именно в неисчерпаемости топлива. И в этом смысле ИТЭР создает тот энергоресурс, который может использоваться бесконечно. А борьба за него может стать очень жесткой.

Источник

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

Ручное солнце. Когда термоядерные реакторы станут реальностью

Автор фото, Getty Images

Наше Солнце — большой термоядерный реактор. Можем ли мы воссоздать этот процесс на Земле?

Уже через пять лет мы сможем добывать почти неограниченную энергию из «миниатюрных солнц», заявляют некоторые стартапы. Речь идет о реакторах термоядерного синтеза, которые могут дать много дешевой и чистой энергии.

В условиях глобального потепления, вызванного нашей зависимостью от углеводородного топлива, миру требуются устойчивые источники альтернативной энергии. Если мы не их не найдем, то для миллионов людей будущее может стать очень мрачным: нехватка воды и еды, ведущая к голоду и войнам.

Термоядерный синтез уже давно считается потенциальным ответом на эти вызовы. Но он всегда был чем-то «в 30 годах от нас», как шутили в индустрии.

Сейчас несколько стартапов заявляют, что они могут сделать этот проект экономической реальностью намного раньше.

Что такое термоядерная реакция?

Термоядерная реакция — это слияние атомных ядер, в результате чего высвобождается энергия, которая и может помочь решить энергетический кризис.

Это тот же самый процесс, который происходит внутри Солнца, он чистый и относительно безопасный. Нет никаких выбросов.

Но сталкивание этих ядер дейтерия и трития (два изотопа водорода) под огромным давлением требует огромных объемов энергии — больше, чем мы пока можем извлечь из реакции.

До сих пор считалось, что невозможно достичь момента «приращения энергии», когда мы сможем получать из синтеза больше энергии, чем нужно на него потратить.

Но это больше не так, уверяют стартапы из сферы термоядерного синтеза.

«Это «момент SpaceX» для термоядерного синтеза», — говорит Кристофер Моури, директор канадской компании General Fusion, которая хочет сделать термоядерный синтез коммерчески выгодным в течение следующих пяти лет.

«Это момент, когда зрелость науки сочетается с технологиями XXI века, — продолжает он. — [Термоядерный] синтез уже не «в 30 годах от нас».

Автор фото, TOKAMAK ENERGY

Новейший термоядерный реактор Tokamak Energy

Наука уже сделала свое дело, говорит Уэйд Эллисон, почетный профессор физики в оксфордском колледже Кэбл. Препятствия скорее в практике.

«Мы не можем быть уверены в сроках, но базовые научные вопросы решены, а проблемы — технические, они касаются материалов», — говорит профессор.

В чем проблема?

Основная проблема — как построить для реактора достаточно прочную оболочку, чтобы она смогла сдержать плазму — очень горячий ядерный «бульон», в котором происходит синтез под огромным давлением.

Системы отвода тепловой энергии должны будут выдерживать уровни температуры и перегрузки, похожие на то, что испытывает космический корабль при возвращении на орбиту, говорит профессор Ян Чэпмен, гендиректор Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA).

Потребуются также автоматические системы обслуживания и системы производства, восстановления и хранения топлива.

«UKAEA изучает все эти вопросы и строит новые исследовательские учреждения в научном центре Кулхэм около Оксфорда, чтобы выработать решения вместе с отраслевыми институтами», — говорит профессор Чэпмен.

Что изменилось?

Некоторые частные энергетические компании считают, что они могут справиться с этими проблемами быстрее, используя новые материалы и технологии.

Расположенная в Оксфордшире фирма Tokamak Energy работает над сферическими токомаками (реакторами), которые используют высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) чтобы удерживать плазму в очень сильном магнитном поле.

Автор фото, TOKAMAK ENERGY

Tokamak Energy пытается построить более дешевые и компактные термоядерные реакторы

«Высокая температура» в этой области физики — от минус 70 градусов и ниже.

«Сферический токамак — намного более эффективная геометрическая форма, и мы можем радикально повысить компактность и производительность. А поскольку он еще и меньше, то более мобилен, затраты на сборку ниже», — говорит исполнительный директор Tokamak Energy Джонатан Карлинг.

Компания построила три токамака. Последний из них — ST40 из 30-милиметровой нержавеющей стали с использованием ВТСП-магнитов. В июне он достиг температуры плазмы более 15 млн градусов, что выше температуры центра солнца.

Анализ: «Искусственное солнце Китая»

Корреспондент по вопросам науки и технологий Николай Воронин:

«Китайские ученые на прошлой неделе разогрели плазму до еще более высокой температуры в специальном устройстве EAST, расположенном в городе Хэфэй.

Эксперимент получил название «искусственное солнце Китая», и его основная цель — создание условий, необходимых для управляемого термоядерного синтеза, так что температурные рекорды в некотором смысле побочный эффект.

Электронная температура плазмы, удерживаемой магнитной ловушкой токамака, достигла нового максимума, на некоторое время превысив 100 млн градусов.

Для сравнения: максимальная температура в центре нашей звезды составляет примерно 15 млн градусов».

Британская фирма надеется достичь китайского результата в 100 млн градусов к следующему лету.

«Мы ожидаем, что сможем достичь момента приращения энергии к 2022 году и начать поставки энергии в сеть к 2030-му», — говорит Карлинг.

Тем временем в США Массачусетский технологический институт (МТИ) совместно с недавно созданной компанией Commonwealth Fusion Systems (CFS) работает надо созданием токамака в форме тороида под названием Sparc. В нем также будут установлены магнитные ловушки для плазмы.

Проект частично финансируется фондом Breakthrough Energy Ventures, которым руководят Билл Гейтс, Джефф Безос, Майкл Блумберг и другие миллиардеры. Группа разработчиков надеется сделать термоядерные реакторы достаточно компактными, чтобы их можно было устанавливать на фабриках и транспортировать для установки на производственной площадке.

Эти частные инициативы бросают вызов проекту ITER (Международный термоядерный экспериментальный реактор), флагманскому международному проекту в этой сфере с участием 35 стран.

Источник

Самая грандиозная научная стройка современности. Как во Франции строят термоядерный реактор ITER

Управляемый термоядерный синтез — голубая мечта физиков и энергетических компаний, которую они лелеют не одно десятилетие. Заключить искусственное Солнце в клетку — прекрасная идея. «Но проблема в том, что мы не знаем, как создать такую коробку», — говорил нобелевский лауреат Пьер Жиль де Жен в 1991 году. Однако к середине 2018 года мы уже знаем как. И даже строим. Лучшие умы мира трудятся над проектом международного экспериментального термоядерного реактора ITER — самого амбициозного и дорогого эксперимента современной науки.

Такой реактор стоит в пять раз больше, чем Большой адронный коллайдер. Над проектом работают сотни ученых по всему миру. Его финансирование запросто может перевалить за 19 млрд евро, а первую плазму по реактору пустят только в декабре 2025 года. И несмотря на постоянные задержки, технологические трудности, недостаточное финансирование со стороны отдельных стран-участниц, самый большой в мире термоядерный «вечный двигатель» строится. Преимуществ у него куда больше, чем недостатков. Каких? Рассказ о самой грандиозной научной стройке современности начинаем с теории.

Что такое токамак?

Под действием огромных температур и гравитации в глубинах нашего Солнца и других звезд происходит термоядерный синтез. Ядра водорода сталкиваются, образуют более тяжелые атомы гелия, а заодно высвобождают нейтроны и огромное количество энергии.

Современная наука пришла к выводу, что при наименьшей исходной температуре наибольшее количество энергии производит реакция между изотопами водорода — дейтерием и тритием. Но для этого важны три условия: высокая температура (порядка 150 млн градусов по Цельсию), высокая плотность плазмы и высокое время ее удержания.

Дело в том, что создать такую колоссальную плотность, как у Солнца, нам не удастся. Остается только нагревать газ до состояния плазмы посредством сверхвысоких температур. Но ни один материал не способен вынести соприкосновения со столь горячей плазмой. Для этого академик Андрей Сахаров (с подачи Олега Лаврентьева) в 1950-е годы предложил использовать тороидальные (в виде пустотелого бублика) камеры с магнитным полем, которое удерживало бы плазму. Позже и термин придумали — токамак.

Современные электростанции, сжигая ископаемое топливо, конвертируют механическую мощность (кручения турбин, например) в электричество. Токамаки будут использовать энергию синтеза, абсорбируемую в виде тепла стенками устройства, для нагрева и производства пара, который и будет крутить турбины.

Небольшие экспериментальные токамаки строились по всему миру. И они успешно доказали, что человек может создать высокотемпературную плазму и удерживать ее некоторое время в стабильном состоянии. Но до промышленных образцов еще далеко.

Преимущества и недостатки термоядерных реакторов

Типичные ядерные реакторы работают на десятках тонн радиоактивного топлива (которые со временем превращаются в десятки тонн радиоактивных отходов), тогда как термоядерному реактору необходимы лишь сотни грамм трития и дейтерия. Первый можно вырабатывать на самом реакторе: высвобождающиеся во время синтеза нейтроны будут воздействовать на стенки реактора с примесями лития, из которого и появляется тритий. Запасов лития хватит на тысячи лет. В дейтерии тоже недостатка не будет — его в мире производят десятками тысяч тонн в год.

Термоядерный реактор не производит выбросов парниковых газов, что характерно для ископаемого топлива. А побочный продукт в виде гелия-4 — это безвредный инертный газ.

К тому же термоядерные реакторы безопасны. При любой катастрофе термоядерная реакция попросту прекратится без каких-либо серьезных последствий для окружающей среды или персонала, так как нечему будет поддерживать реакцию синтеза: уж слишком тепличные условия ей необходимы.

Однако есть у термоядерных реакторов и недостатки. Прежде всего это банальная сложность запуска самоподдерживающейся реакции. Ей нужен глубокий вакуум. Сложные системы магнитного удержания требуют огромных сверхпроводящих магнитных катушек.

И не стоит забывать о радиации. Несмотря на некоторые стереотипы о безвредности термоядерных реакторов, бомбардировку их окружения нейтронами, образующимися во время синтеза, не отменить. Эта бомбардировка приводит к радиации. А потому обслуживание реактора необходимо проводить удаленно. Забегая вперед, скажем, что после запуска непосредственным обслуживанием токамака ITER будут заниматься роботы.

К тому же радиоактивный тритий может быть опасен при попадании в организм. Правда, достаточно будет позаботиться о его правильном хранении и создать барьеры безопасности на всех возможных путях его распространения в случае аварии. К тому же период полураспада трития — 12 лет.

Когда необходимый минимальный фундамент теории заложен, можно перейти и к герою статьи.

Самый амбициозный проект современности

В 1985 году в Женеве состоялась первая за долгие годы личная встреча глав СССР и США. До этого холодная война достигла своего пика: сверхдержавы бойкотировали Олимпиады, наращивали ядерный потенциал и на какие-либо переговоры идти не собирались. Этот саммит двух стран на нейтральной территории примечателен и другим важным обстоятельством. Во время него генсек ЦК КПСС Михаил Горбачев предложил реализовать совместный международный проект по развитию термоядерной энергетики в мирных целях.

Спустя год между американскими, советскими, европейскими и японскими учеными было достигнуто соглашение по проекту, началась проработка концептуального дизайна крупного термоядерного комплекса ITER. Проработка инженерных деталей затянулась, США то выходили, то возвращались в проект, к нему со временем присоединились Китай, Южная Корея и Индия. Участники разделяли обязанности по финансированию и непосредственным работам, а в 2010 году наконец стартовала подготовка котлована под фундамент будущего комплекса. Его решили строить на юге Франции возле города Экс-ан-Прованс.

Так что же такое ITER? Это огромный научный эксперимент и амбициозный энергетический проект по строительству самого большого токамака в мире. Сооружение должно доказать возможность коммерческого использования термоядерного реактора, а также решить возникающие физические и технологические проблемы на этом пути.

Из чего состоит реактор ITER?

Токамак — это тороидальная вакуумная камера с магнитными катушками и криостатом массой в 23 тыс. тонн. Как уже понятно из определения, у нас есть камера. Глубокая вакуумная камера. В случае с ITER это будет 850 кубометров свободного объема камеры, в котором на старте будет всего 0,1 грамма смеси дейтерия и трития.

На внутренних стенках камеры расположены специальные модули, которые называют бланкетами. Внутри них циркулирует вода. Вырывающиеся из плазмы свободные нейтроны попадают в эти бланкеты и тормозятся водой. Из-за чего она нагревается. Сами бланкеты защищают всю остальную махину от теплового, рентгеновского и уже упомянутого нейтронного излучения плазмы.

Такая система необходима для того, чтобы продлить срок работы реактора. Каждый бланкет весит порядка 4,5 тонны, их будет менять роботизированная рука примерно раз в 5—10 лет, так как этот первый ряд обороны будет подвержен испарению и нейтронному излучению.

Но это далеко не все. К камере присоединяется внутрикамерное оборудование, термопары, акселерометры, уже упомянутые 440 блоков бланкетной системы, системы охлаждения, экранирующий блок, дивертор, магнитная система из 48 элементов, высокочастотные нагреватели плазмы, инжектор нейтральных атомов и т. д. И все это находится внутри огромного криостата высотой 30 метров, имеющего такой же диаметр и объем 16 тыс. кубометров. Криостат гарантирует глубокий вакуум и ультрахолодную температуру для камеры токамака и сверхпроводящих магнитов, которые охлаждаются жидким гелием до температуры –269 градусов по Цельсию.

Производство всего этого оборудования разделено между странами-участницами. Например, над частью бланкетов работают в России, над корпусом криостата — в Индии, над сегментами вакуумной камеры — в Европе и Корее.

Но это отнюдь не быстрый процесс. К тому же права на ошибку у конструкторов нет. Команда ITER сперва моделирует нагрузки и требования к элементам конструкции, их испытывают на стендах (например, под воздействием плазменных пушек, как дивертор), улучшают и дорабатывают, собирают прототипы и опять тестируют перед тем, как выдать финальный элемент.

Но одно дело собрать. И совсем другое — все это обслуживать. Из-за высокого уровня радиации доступ к реактору заказан. Для его обслуживания разработано целое семейство роботизированных систем. Часть будет менять бланкеты и кассеты дивертора (весом под 10 тонн), часть — управляться удаленно для устранения аварий, часть — базироваться в карманах вакуумной камеры с HD-камерами и лазерными сканерами для быстрой инспекции. И все это необходимо делать в вакууме, в узком пространстве, с высокой точностью и в четком взаимодействии со всеми системами. Задачка посложнее ремонта МКС.

Причем это только часть оборудования самого реактора. Добавьте сюда здание криокомбината, где будут вырабатывать жидкий азот и гелий, здание выпрямителей магнитной системы с трансформаторами, трубопроводы системы охлаждения (диаметром по 2 метра), систему сброса тепла с 10 вентиляторными градирнями и многое-многое другое. На все это и идут миллиарды.

Зачем нужен ITER и кто за него платит?

Токамак ITER станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем необходимо для нагрева самой плазмы. К тому же он сможет поддерживать ее в стабильном состоянии намного дольше ныне существующих установок. Ученые утверждают, что именно для этого и нужен столь масштабный проект.

С помощью такого реактора специалисты собираются преодолеть разрыв между нынешними небольшими экспериментальными установками и термоядерными электростанциями будущего. Например, рекорд по термоядерной мощности был установлен в 1997 году на токамаке в Британии — 16 МВт при затраченных 24 МВт, тогда как ITER конструировали с прицелом на 500 МВт термоядерной мощности от 50 МВт вводимой тепловой энергии.

На токамаке будут испытаны технологии нагрева, контроля, диагностики, криогеники и дистанционного обслуживания, то есть все методики, необходимые для промышленного образца термоядерного реактора.

Объемов мирового производства трития будет недостаточно для электростанций будущего. А потому на ITER отработают также технологию размножающегося бланкета, содержащего литий. Из него под действием термоядерных нейтронов и будут синтезировать тритий.

Однако не стоит забывать, что это пускай и дорогой, но эксперимент. Токамак не будет оборудован турбинами или другими системами конвертации тепла в электричество. То есть коммерческого выхлопа в виде непосредственной генерации энергии не будет. Почему? Потому что это только усложнило бы проект с инженерной точки зрения и сделало бы его еще более дорогим.

Схема финансирования довольно запутанная. На стадии строительства, создания реактора и прочих систем комплекса примерно 45% расходов несут страны Евросоюза, остальные участники — по 9%. Однако бóльшая часть взносов — это «натура». Большинство компонентов поставляются в ITER напрямую от стран-участниц.

Они прибывают во Францию по морю, а из порта к стройплощадке доставляются по дороге, специально переделанной французским правительством. На 104 км «Пути ITER» страна потратила 110 млн евро и 4 года работы. Трасса была расширена и усилена. Дело в том, что до 2021 года по ней пройдут 250 конвоев с огромными грузами. Самые тяжелые детали достигают 900 тонн, самые высокие — 10 метров, самые длинные — 33 метра.

Пока ITER не ввели в эксплуатацию. Однако уже существует проект электростанции DEMO на термоядерном синтезе, задача которой как раз и продемонстрировать привлекательность коммерческого использования технологии. Этот комплекс должен будет непрерывно (а не импульсно, как ITER) генерировать 2 ГВт энергии.

Сроки реализации нового глобального проекта зависят от успехов ITER, но по плану 2012 года первый пуск DEMO произойдет не раньше 2044 года.

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Источник