Scisne?

В Германии запустили термоядерный реактор с водородной плазмой

# 19 Дек 2015 22:06:21
SE

Немецкий термоядерный стелларатор получил первую стабильную плазму

Первая плазма в Wendelstein 7-X. Max-Planck-Geselschaft
Первая плазма в Wendelstein 7-X. Max-Planck-Geselschaft

В Германии успешно запустили термоядерный реактор Wendelstein 7-X (W7-X) – в первый день запуска ученые Института физики плазмы имени Макса Планка в городе Грайфсвальд получили гелиевую плазму. Wendelstein 7-X – крупнейший в мире термоядерный реактор типа стелларатор, и получение тестовой плазмы должно подтвердить возможность использования стеллараторов в качестве промышленных термоядерных реакторов.

По мнению Ганса-Стефана Боша (Hans-Stephan Bosch), ученого, чье подразделение ответственно за запуск стелларатора, испытания прошли согласно плану. При помощи микроволнового импульса мощностью 1,8 киловатт физики нагрели один миллиграмм газообразного гелия до температуры приблизительно один миллион градусов Цельсия – после чего удержали полученную плазму в равновесии в течение 0,1 секунды.

Выбор гелия для начала запуска обусловлен его относительной по сравнению с водородом легкостью перевода в состояние плазмы. На конец января 2016 года (вторая фаза) намечены испытания с водородной плазмой. После успешного завершения второго этапа экспериментов ученые надеются удерживать водородную плазму в течение десяти секунд. Ожидается, что к моменту окончания третьего этапа время удержания плазмы составит 30 минут.

Реактор, находящийся в немецком городе Грайфсвальд, состоит из 50 сверхпроводящих ниобий-титановых катушек около 3,5 метров в высоту и общим весом около 425 тонн. Катушки способны создавать магнитное поле индукцией три тесла, удерживающее плазму с температурой 60–130 миллионов градусов Цельсия (что в несколько раз выше, чем температура в центре солнечного ядра). Объем плазмы может достигать 30 кубических метров. Вся конструкция окружена криостатом (прочной теплоизолирующей оболочкой) диаметром 16 метров. Строительство W7-X обошлось в сумму около миллиарда евро и в общей сложности потребовало 1,1 миллиона рабочих часов.

Wendelstein 7-X – экспериментальный термоядерный реактор типа стелларатор. В отличие от обычных ядерных реакторов, где энергия выделяется в результате распада тяжелых ядер на более легкие, в термоядерных реакторах используется реакция синтеза, в ходе которой более тяжелые атомные ядра из более легких собираются. В настоящее время существуют две принципиальные схемы управляемого термоядерного синтеза: квазистационарные системы, в которых нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем, и импульсные системы, в которых управляемый термоядерный синтез происходит путем нагрева дейтерия и трития лазерными лучами.

Стелларатор – более редкий вид термоядерных реакторов первого типа. Его более распространенным собратом является токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). В обоих реакторах плазма удерживается не стенками камер (они просто не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру), но специально создаваемым магнитным полем. Однако в токамаке магнитное поле индуцируется комбинировано: при помощи внешних катушек, а также при помощи электричества, протекающего по плазменному шнуру. В отличие от токамака, в стеллараторе необходимая для удержания плазмы конфигурация магнитного поля создаётся токами, текущими исключительно вне плазменного объёма. Подобная конструкция стелларатор-реактора создает среду, в которой плазма обладает высокой стабильностью. Его устройство позволяет избежать возникновения потоков свободных электронов и ионов внутри плазменного шнура, создающих свои собственные магнитные поля, что часто приводит разрушению магнитного поля и потере плазмой температуры в токамак-реакторах. Это, с одной стороны, позволяет использовать стелларатор в непрерывном режиме, с другой – делает его строительство крайне сложным.

Благодаря появлению суперкомпьютеров, обладающих мощностью, достаточной для проведения высокоточных расчетов конфигураций магнитных полей, стала возможна разработка технологий, позволяющих удерживать и контролировать высокотемпературную плазму в магнитном поле сложной конфигурации – и в апреле 2005 года немецкие ученые приступили к строительству W7-X. Wendelstein 7-X не станет промышленным термоядерным реактором, но успешное проведение испытаний подтвердит возможность использования стеллараторов для получения энергии при помощи управляемого термоядерного синтеза.

Первый проект стелларатора был разработан Лайманом Спитцером (Lyman Spitzer), ученым из Принстонского университета, еще в 1951 году. Однако в то время создание реактора такого типа было невозможным. Поэтому реакторы типа токамак, имеющие более простую и более технологичную конструкцию, активнее использовались для исследований в области ядерного синтеза. Помимо Wendelstein 7-X, наиболее перспективным стелларатором в мире считается Large Helical Device, расположенный в японском городе Токи.

Александра Стуккей
14 декабря 2015 г.
N+1
# 4 Фев 2016 00:31:22
SE

Плазму удержали в равновесном состоянии в течении четверти секунды

Термоядерный реактор Wendelstein 7-X
Термоядерный реактор Wendelstein 7-X

Институт физики плазмы Общества имени Макса Планка в немецком городе Грайфсвальд 3 февраля запустил термоядерный реактор Wendelstein 7-X с водородной плазмой. Прямая трансляция мероприятия была организована на сервисе Livestream. Пуск состоялся в 17:25 мск. На мероприятии присутствовала канцлер Германии Ангела Меркель, которая сама является выпускницей физического факультета Лейпцигского университета.

При помощи микроволнового нагрева мощностью два мегаватта физики разогрели разреженное облако водорода до температуры в 80 миллионов градусов Цельсия и удерживали образовавшуюся плазму в равновесном состоянии в течении четверти секунды. Результаты опытов признаны успешными. С нынешней мощностью эксперименты продлятся до середины марта. К этому времени физики планируют добиться удержания плазмы в течении десяти секунд.

10 декабря 2015 года Wendelstein 7-X запускался с гелиевой плазмой, которую физики удерживали в равновесном состоянии 1-2 секунды. Конечные цели проекта Wendelstein 7-X — удержание плазмы в реакторе до получаса и получение значения параметра β, равного 4-5 (в процентах). Это число определяет отношение давления плазмы к давлению удерживающего ее магнитного поля. Управление Wendelstein 7-X проводится Институтом физики плазмы имени Макса Планка. Строительство установки началось в 2005 году и завершилось в 2014-м. Стоимость работ по возведению термоядерного реактора превышает миллиард евро.

На сегодняшний день в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак и стелларатор. В них плазма удерживается магнитным полем. В токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, а в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза (образования) тяжелых элементов из более легких (например, гелия из изотопов водорода дейтерия и трития), в отличие от обычных атомных реакторов, где проходят процессы распада тяжелых ядер на более легкие.
Только зарегистрированные пользователи могут создавать сообщения.
Вход, Регистрация.