Ученые создали искусственное солнце

Петербург готов зажечь искусственное Солнце на Земле

в Наука 25/02/2017 0 284 Просмотров

Уникальный проект российских ученых «Глобус-М2» воплощают в жизнь в Санкт-Петербурге. Так называется экспериментальная установка, предназначенная для управляемого термоядерного синтеза. В перспективе разработка способна обеспечить население Земли неисчерпаемым источником энергии. Работы над созданием комплекса уже выходят на финишную прямую.

Термоядерная установка «Глобус-М» после кардинальной модернизации станет реактором второго поколения. Этот сферический токамак и раньше не уступал зарубежным аналогам, а теперь должен стать едва ли не самым передовым исследовательским термоядерным реактором в мире.

«Мы движемся по магистральному пути осуществления вековой мечты человечества — зажечь на Земле рукотворное термоядерное солнце, получив тем самым неисчерпаемый экологически чистый источник энергии», — поясняет главный научный сотрудник лаборатории физики высокотемпературной плазмы Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Василий Гусев.

Источник энергии в термоядерном реакторе — плазма.

В вакуумной камере под действием сильнейшего магнитного поля разгоняются атомы дейтерия и трития — это изотопы водорода. При столкновении атомов образуются ядра гелия и, главное, нейтроны с очень высокой тепловой энергией, из которой и возникает плазма температурой в миллионы градусов, как на Солнце или в молнии.

Термоядерную энергию плазмы ученые впервые получили почти полвека назад. И ровно такое же время лучшие умы планеты ищут инженерное решение, чтобы энергия, которую вырабатывает термоядерный реактор, была больше, чем энергия, которая нужна для получения плазмы.

Первый экспериментальный реактор ИТЭР, который должен выработать энергии больше, чем потратить, сейчас строят во Франции специалисты со всей Европы.

Многие из зарубежных ученых специально приезжали в Петербург, чтобы провести исследования на реакторе «Глобус». Доктор Вагнер из Германии, например, работал с институтом имени Иоффе почти 2 года.

«Ценность и важность «Глобуса-М2″ в том, что в нём можно заранее отрабатывать все процессы, которые будут происходить в ИТЭР, причем с невероятной точностью», — говорит эксперт по вопросам управляемого термоядерного синтеза Университета имени Макса Планка Фридрих Вагнер.

За точность в международном термоядерном экспериментальном реакторе тоже отвечают ученые Физико-технического института.

Петербургские лазерные детекторы будут измерять температуру плазмы.

«50 миллионов градусов нужно не только получить, но и измерить», — обрисовывает сложность задачи научный сотрудник лаборатории физики высокотемпературной плазмы Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Глеб Курскиев.

Нейтронный ускоритель из Петербурга проследит, чтобы сырье для плазмы — смесь трития и дейтерия в пропорции один к одному — было идеальным.

«Если оно отклонится, реактор начнет тухнуть», — настаивает на точном соотношении руководитель работ по проекту ИТЭР Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Михаил Петров.

В перспективе термоядерными установками можно будет оборудовать обычные атомные электростанции: реактор, где топливо — водород, даже теоретически абсолютно безопасен, нет проблемы облученных материалов.

«В отличие от обычного реактора, здесь нет критической сборки. И он принципиально безопасен. То есть не может произойти никаких событий, которые были на Чернобыльской атомной станции, на Фукусиме. Не может быть взрыва», — подчеркивает ведущий научный сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Владимир Минаев.

Широкое применение безопасной и экологически чистой термоядерной энергии — перспектива, конечно, не одного десятилетия. Но российские ученые — в лидерах. Очередь поработать на реакторе «Глобус-М2» уже занимают специалисты со всего света. Пуск исследовательской установки намечен на 2018 год — год столетнего юбилея Физико-технического института.

Источник

Искусственное солнце: как первый в мире термоядерный реактор изменит мир

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

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

Россия создает искусственное Солнце: зачем оно нужно и какие у него перспективы?

Искусственное Солнце – это мощный термоядерный реактор, такой же как у нашей звезды, только в миниатюре. К этой цели идут США, Китай и другие мировые державы. Разработкой «мини-Солнца» занимается и Россия. Насколько далеко продвинулись наши учёные и когда мы запустим новый источник энергии?

Новый источник энергии

Звезда – это огромный термоядерный котёл. Водород в ходе ядерной реакции превращается в гелий, при этом выделяется огромное количество энергии. Для сравнения, Солнце каждую секунду выбрасывает в космическое пространство 384 септиллиона джоулей.

До Земли доходит лишь миллионная часть – 194 квадриллиона джоулей в секунду, и этого количества хватает на обогрев всей планеты и поддержание условий для жизни! Энергии Солнца хватило бы нам на триллионы лет существования, даже при росте уровня потребления в разы.

То же самое планируется сделать и на Земле, только в миниатюре – создание специальной установки, которая бы работала по принципу термоядерного синтеза. Внутри такого реактора легкие ядра атомов объединяются в более сложные конструкции, вырабатывая огромное количество энергии.

Водородный реактор экологичен, от него нет выбросов, как от использования нефти или газа. Он не оставляет радиоактивных отходов и может заменить все остальные источники энергии. Сложность лишь в том, что превращение водорода в гелий идёт только при температуре от 300 миллионов градусов, при низких температурах процессом тяжело управлять.

Над созданием подходящего аппарата и условий для его функционирования работали еще советские ученые-физики. Именно они стали праотцами современного токамака — тороидальной камеры, предназначенной для магнитного удержания плазмы и создания управляемых процессов ядерного синтеза.

Научно-технологический проект ITER

В 1992 году страны Европы, Россия, США и Япония подписали договор на совместное строительство искусственного Солнца. Позже к ним присоединились и другие страны. Сейчас в проекте участвуют 35 государств.

Мировой проект носит название ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor или международный термоядерный экспериментальный реактор). За основу был взят токамак, разработанный при Союзе. Возводят установку во французском исследовательском центре Cadarache. Предполагается завершить строительство токамака и перейти к испытаниям в 2025 году.

Макет токамака ИТЭР

Россия принимает непосредственное участие в разработке инновационных систем для ИТЭР. В этом направлении работают более 30 отечественных предприятий, среди них Росатом, Курчатовский институт и другие. В целом

Для нас этот проект — не только шанс набраться опыта у иностранных партнеров, но и возможность реализовать передовые термоядерные технологии в национальных программах.

Может ли Россия построить собственный термоядерный реактор?

Кроме участия в международных проектах, мы также запускаем и собственные. Отечественные физики активно изучают вопрос термоядерного синтеза и реализуют идеи на практике.

К середине 2021 года планируется запуск токамака Т-15МД. Это будет первая термоядерная установка, запущенная в России. На ней предполагается проводить эксперименты, которые необходимы для успешного завершения проекта ИТЭР.

А ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» улучшают существующий малый сферический токамак так, чтобы на нем можно было проводить дистанционное обучение будущих ядерщиков. Установка получила название МИФИСТ-0.

Кроме того, в Троицком институте есть термоядерный комплекс «ТСП», на базе которого в будущем смогут создать термоядерные устройства нового типа. Все это открывает новые перспективы в развитии ядерной энергетики.

От того, насколько успешным будут ИТЭР и национальные проекты, зависит будущее всего человечества, ведь запасы нефти, газа и угля постепенно иссякают. Кроме того, запуск собственного искусственного Солнца позволит России удержать лидирующие позиции среди других ядерных держав.

Источник

Китайское «искусственное Солнце» — первый серьезный шаг к созданию термоядерных электростанций

В 2019 году Национальная ядерная корпорация Китая (CNNC) заявила, что планирует к концу года построить установку HL-2M Tokamak, которую в народе называют «искусственное Солнце». Все верно, пока американцы изучают наше светило в далеком космосе, китайские власти решили сотворить Солнце прямо на Земле.

На днях стало известно, что в Китае, не отставая от графика, все же был успешно запущен экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Согласно прогнозам ученых, установка позволит удерживать внутри реактора плазму, разогретую до 150 млн градусов по Цельсию. Для сравнения, ядро настоящего Солнца имеет температуру в 10 раз ниже. Мы решили более подробно разобраться, что представляет собой китайское “искусственное Солнце”, с чего начиналась история создания термоядерных реакторов, зачем все это нужно и чем опасно.

История создания Токамаков

Что такое Токамак — это тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Его миссия заключается в создании необходимого состояния, при котором возможно прогнозируемое управление термоядерным синтезом. Удивим вас, а может и нет, но задумка управляемого термоядерного синтеза родилась в СССР около 70 лет назад. Сам термин “токамак” также был придуман в Советском Союзе в 50-х годах Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Токамак расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками. Термин активно используется в большей части существующих языков.

Первый подобный реактор был создан в 1954 году, и на протяжении долгих лет они существовали исключительно на территории СССР. Только спустя 14 лет, когда в 1968 году термоядерный реактор T-3 смог разогреть плазму до 11,6 млн градусов по Цельсию, ученые из Великобритании посетили советских коллег, чтобы зафиксировать столь грандиозное событие, в которое до этого отказывались верить. Новость моментально разлетелась по миру, после чего начался настоящий бум строительства токамаков.

Возвращаясь к Китаю, инженеры и ученые Поднебесной впервые смогли запустить экспериментальный термоядерный реактор HT-7 только в 1994 году. В 2003 в Китае решили начать собирать новый сверхпроводящий токамак EAST, а запустили его в 2006 году. Именно EAST первым достиг отметки разогрева плазмы в 100 млн градусов. На протяжении 14 лет китайские ученые плотно работали над уменьшением размеров термоядерных реакторов, а также решали проблему более длительного поддержания синтеза. Нынешний рекорд самой длинной реакции по времени составляет 6,5 минут и поставили его еще в далеком 2003 году во Франции на установке WEST.

Как работает термоядерный реактор

Сперва разберемся, как работает токамак и что происходит за его стенками. Мы сказали, что внутри установки до невиданных ранее температур разогревается плазма, но что удерживает ее внутри? Металлическая стенка не в состоянии выдержать температуры в сотни миллионов градусов, а вот мощнейшему электромагнитному полю это под силу. Разогретую плазму удерживает внешнее тороидальное и внутреннее полоидальное поле тока, протекающее по плазменному шнуру. Электрический ток одновременно обеспечивает и разогрев плазмы, и удержание ее в состоянии равновесия в вакуумной среде. Единственная сложность — это длительность удержания реакции в условиях ограниченного пространства. Новенький HL-2M Tokamak, запущенный на днях в Поднебесной, способен удерживать разогретую до 150 млн градусов плазму в равновесии не более 10 секунд!

Миссия «искусственного Солнца»

Основная часть энергии в мире получается за счет сжигания легкодоступных полезных ископаемых. Однако запасы их конечны, да и окружающей среде наносится непоправимый вред. Идея токамака — получение чистой, практически неиссякаемой энергии посредством управляемого термоядерного синтеза. Китайское детище HL-2M Tokamak — это не просто мощная установка, а еще один шаг на пути к достижению этой цели. Для того, чтобы человечество смогло создавать функциональные термоядерные реакторы, служащие во благо, необходимо выполнение трех важнейших условий:

достижение температурной границы ионов до 100 млн градусов и выше, чтобы реакция синтеза стала самоподдерживающейся;
удержание разогретой плазмы в течение длительного времени внутри ограниченного пространства;
обеспечение высокой плотности разогретого вещества.

HL-2M Tokamak уже способен выполнить первое условие. Если ученые Китая смогут решить две оставшиеся задачи, то новенький токамак ляжет в основу ныне создаваемого Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER).

На пути к великой цели

Создание и успешные испытания HL-2M Tokamak в Поднебесной — это следующая ступень на пути к получению безубыточной термоядерной энергии. Именно в этом и заключается миссия ITER. Международный мегапроект финансируется и управляется 7-ю странами-членами: ЕС, Китаем, Индией, Японией, Россией, США и Южной Кореей, а всего он включает участие около 35 стран. Хотя свое существование проект начал в 2007 году, а задумка о его создании тянется еще с 1985 года, сам термоядерный реактор для комплекса ITER начали строить только в 2013 году.

Установка по итогу должна стать самой большой среди всех построенных токамаков с 1950-х годов. Именно ее создают уже не для научных целей, а как первый рабочий термоядерный реактор, способный производить достаточное количество энергии, спрос на которую с каждым годом становится все выше. В итоге успешная реализация ITER даст толчок к разработке коммерческих термоядерных электростанций. Это позволит получать экологически чистую энергию, отказавшись от «грязных» ТЭС или условно безопасных АЭС. При этом полученная электроэнергия будет дешевой, сравни той, которую производят АЭС и это без надобности последующего захоронения ядерных отходов. По состоянию на 31 августа 2020 года ITER готов на 70% к выпуску первой партии плазмы. Нынешняя стоимость проекта составляет более 22 млрд евро, а к моменту запуска, который произойдет в 2035 году, общие затраты составят не менее 65 млрд евро.

В чем опасность «искусственного Солнца» и токамаков в целом

Естественно, установка имеет не только положительные, но и отрицательные стороны. Нет, никаких сверхмассивных взрывов, появление очередного Чернобыля или черной дыры, в случае чего, не предполагается. Но проблемы есть и большая часть критиков заявляют, что термоядерные реакторы, в частности ITER, нежизнеспособны по ряду причин:

высокоэнергичные нейтроны в реакторе невозможно будет долго удерживать в равновесии и они повредят его стенки, выведя установку из строя;
нейтронная бомбардировка внутри реактора может вызвать радиоактивность, тем самым загрязняя его и делая невозможным последующее обслуживание и эксплуатацию;
уже сейчас наблюдается повышенная нагрузка на диверторы (устройства внутри реактора, отвечающие за удаление отходов из плазмы во время его работы). Это значит, что в будущем при создании коммерческих электростанций необходимо будет применять диверторы нового типа, однако на их разработку до сих пор не выделяется финансирование;
последнее — опасность мощного взрыва установки, поскольку ученые до сих пор не в состоянии полностью контролировать высокоэнергетические изотопы водорода дейтерия и трития, используемые в термоядерном синтезе ITER.

Но не все так печально, поскольку специалисты, занимающиеся разработкой токамака ITER уверяют, что термоядерный реактор в сотни раз безопаснее ядерных реакторов деления в вопросе образования радиоактивных отходов. Фактически, установка имеет нулевое радиационное и газообразное загрязнение окружающей среды. Кроме того, последние исследования позволили на 50% снизить прогнозируемые затраты на поддержание реакции в токамаках, а также увеличить мощность будущих установок до 2000 МВт высвобождаемой энергии. Это не говоря уже о том, что термоядерные электростанции помогут повернуть вспять процессы по изменению климата и в целом улучшить экологическую обстановку на Земле.

Источник