Правила слияния. германия запустила мощнейший термоядерный реактор wendelstein 7-x

      Комментарии к записи Правила слияния. германия запустила мощнейший термоядерный реактор wendelstein 7-x отключены

В Германии 10 декабря 2015 года удачно запущен термоядерный реактор Wendelstein 7-X, в котором удержание плазмы происходит по принципу стелларатора. На проект ценой свыше миллиарда евро немцы возлагают громадные надежды. Как и физики, каковые связывают будущее энергетики с управляемым термоядерным синтезом.

Правила слияния. германия запустила мощнейший термоядерный реактор wendelstein 7-x
Стелларатор Wendelstein 7-X

Рост населения Почвы, исчерпание природных ресурсов и загрязнение внешней среды – все это ведет к необходимости применять экологически чистые источники энергии. Управляемый термоядерный синтез в этом случае представляется святым Граалем энергетики, потому, что горючим для него есть тяжелая вода, содержащая изотоп водорода – дейтерий, и тритий.

При применении дейтерия, содержащегося в бутылке воды, выделится столько же энергии, сколько при сжигании бочки бензина: калорийность термоядерного горючего в миллион раз выше любого из современных неядерных источников энергии. Наряду с этим окружающей среде будет нанесен минимальный вред, а горючее для термоядерной электростанции доступно каждому государствам.

В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (образования гелия в следствии трития и слияния дейтерия), в отличие от простых (ядерных) реакторов, где инициируются процессы распада тяжелых ядер на более легкие. Сейчас в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) и стелларатор.

В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, но в токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, а в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. Последнее есть главным отличием стелларатора от токамака и обуславливает сложную конфигурацию в нем магнитного поля.

В стеллараторе магнитные поверхности, удерживающие плазму в состоянии равновесия, создаются сложной совокупностью внешних проводников на вакуумной камере (в которой и находится горючее), почему конечная форма плазменного шнура так далека от совершенной тороидальной формы. В это же время в токамаке удержание плазмы происходит благодаря магнитному полю от вихревого электрического поля. Это указывает, что токамак может трудиться (без запасных устройств) только в импульсном режиме, в то время как стелларатор способен в течение долгого времени трудиться в постоянном (стационарном) режиме.

Токамак ASDEX

Конструкцию стелларатора в первый раз внес предложение в первой половине 50-ых годов XX века американский физик Лайман Спитцер. Собственный наименование реактор получил от латинского stella – звезда, потому, что в реактора температура сравнима с достигаемыми в ядра Солнца. Первоначально стелларатор считался популярным кандидатом для термоядерного реактора, но потом его потеснила концепция токамака, предложенная в 1951 (и рассекреченная во второй половине 50-ых годов двадцатого века) советскими физиками Андреем Игорем и Сахаровым Таммом.

Термоядерный реактор из СССР был несложнее и дешевле стелларатора. Во многом это связано с необходимостью точных расчетов конфигурации магнитных полей для стелларатора, каковые для Wendelstein 7-X были произведены на суперкомпьютере, и ограниченностью материалов для постройки установки. Споры о том, что лучше – стелларатор либо токамак, – не утихают до сих пор, а выяснение того, кто в чем прав, обходится налогоплательщикам в много миллионов долларов.

В Германии введен в строй как раз стелларатор. Установка Wendelstein 7-X находится в германском Университете физики плазмы Общества имени Макса Планка в городе Грайфсвальд. Реактор складывается из 50 сверхпроводящих ниобий-титановых катушек около 3,5 метров в высоту и неспециализированным весом около 425 тысячь киллограм, талантливых создавать магнитное поле индукцией три тесла, удерживающее плазму с температурой 60-130 миллионов градусов Цельсия (это многократно выше, чем температура в центре солнечного ядра).

Громадный радиус плазмы равен 5,5 метра, небольшой радиус – 0,53 метра. Количество плазмы может быть около 30 кубических метров, а ее плотность – три на десять в двадцатой степени частиц на кубический метр. Вся конструкция окружена криостатом (прочной теплоизолирующей оболочкой) диаметром 16 метров.

Модель стелларатора Wendelstein 7-X, тороподобная геометрия магнитного поля и их сравнение с размерами человека

Перечисленные параметры делают Wendelstein 7-X самым замечательным стелларатором в мире. Его ближайший соперник – LHD (Large Helical Device) – находится в японском городе Токи. В Российской Федерации единственный действующий стелларатор «Л-2М» находится в Университете неспециализированной физики Русском академии наук и из-за ограниченного финансирования продолжительное время не подвергается модернизации.

Не считая перечисленных, стеллараторные возможности имеются и в других государствах, в частности в Австралии и на Украине.

Зеленый свет на возведение Wendelstein 7-X правительство Германии дало в первой половине 90-ых годов двадцатого века, в следующем году в Грайфсвальде был создан филиал Университета физики плазмы, куда перешли трудиться 50 сотрудников головного учреждения из Гархинга. На данный момент над Wendelstein 7-X трудятся более 400 человек. Возведение Wendelstein 7-X было тяжелым процессом.

География участников проекта Wendelstein 7-X (на территории Европы)

Создание подобного рода установок – очень тяжёлая технологическая задача. Основная неприятность, с которой столкнулись строители стелларатора, заключалась в дефиците сверхпроводящих магнитов, имеющих особую геометрию и охлаждаемых гелием. К 2003 году на протяжении промышленных опробований была забракована и возвращена поставщикам приблизительно треть таких магнитов. В 2003 и 2007 годах проект Wendelstein 7-X был на грани закрытия.

За это время его цена возросла если сравнивать с первоначально запланированной вдвое – до 1,06 миллиарда евро. Проект Wendelstein 7-X к настоящему времени занял 1,1 миллиона человеко-часов.

В мае 2014 года Университет физики плазмы отчитался о завершении строительства стелларатора, по окончании чего совершил нужные пусконаладочные работы и дождался согласия национального регулятора на запуск.

Строительство Wendelstein 7-X

Собственные опыты ученые планируют провести в три этапа. На начальной стадии, начавшемся 10 декабря, физики совершат испытания с получением в реакторе гелиевой плазмы, которую необходимо удерживать в равновесном состоянии 1-2 секунды. На протяжении опробований первой фазы ученые планируют проверить работу совокупностей реактора и при происхождении неисправностей оперативно их ликвидировать.

Выбор для начала запуска гелия обусловлен относительной легкостью (если сравнивать с водородом) его перевода в состояние плазмы. На конец января 2016 года намечены опробования с водородной плазмой. По окончании успешного завершения второй фазы опытов ученые сохраняют надежду удерживать на Wendelstein 7-X водородную плазму в течение десяти секунд.

Конечные цели проекта, которых физики желают достигнуть на третьем этапе, — удержать плазму в реакторе до получаса и одновременно с этим добиться значения параметра β, равного 4-5. Это число определяет отношение давления плазмы к давлению удерживающего ее магнитного поля.

Одни из отличных показателей в этом направлении достигнуты на LHD, где (не в один момент) удалось добиться β = 4,5 со временем удержания плазмы около часа. Германский Wendelstein 7-X на данный момент не есть соперником строящегося токамака ИТЭР (Интернациональный экспериментальный термоядерный реактор): в германском городе Гархинге уже имеется собственный токамак ASDEX (Axially Symmetric Divertor Experiment) того же Общества имени Макса Планка, что до запуска Wendelstein 7-X был наибольшим термоядерным реактором в ФРГ (в этом же городе с 1988-го по 2002 год действовал второй стелларатор — Wendelstein 7-AS). Физики, трудящиеся на этом токамаке, как и их зарубежные сотрудники, признают приоритет ИТЭР в опытах с управляемым термоядерным синтезом над национальной программой, так что применение ASDEX, как и Wendelstein 7-X, сводится до тех пор пока только к отработке перспективных разработок.

Вакуумная камера Wendelstein 7-X с плазмой на протяжении опробований 10 декабря

Опробования, совершённые в первоначальный сутки запуска стелларатора, признаны успешными. Физикам удалось при помощи микроволнового импульса мощностью 1,3 мегаватта нагреть один миллиграмм газообразного гелия до температуры в миллион градусов Цельсия и удержать взятую плазму в равновесии в течение 0,1 секунды. Ученые отследили характеристики магнитного поля взятой плазмы и запустили компьютерную совокупность контроля над магнитным полем.

В их ближайшие задачи входит повышение температуры мощности и постепенное наращивание излучения плазмы.

В отличие от токамаков, стеллараторы являются чёрными лошадками — с ними проводилось меньше опытов, а полученные сейчас результаты обнадеживают. В том случае в случае если установка Wendelstein 7-X оправдает возлагаемые на нее надежды, физики сделают выводы о возможности применения стеллараторов в качестве термоядерных электростанций будущего.

Так или иначе, светло одно: получение фактически неисчерпаемого источника энергии требует не только сотрудничества государств мира и международного сообщества учёных и привлечения огромных денежных средств, но и уверенности и завидного терпения в успешности проекта. Всего этого хочется захотеть германским исследователям.

источник: http://lenta.ru/articles/2015/12/11/wendelstein7x/

В Германии осуществлен запуск термоядерного реактора Wendelstein 7-X с водородной плазмой

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: