Сапура І. М.

Сортировать по умолчанию названию
  • ТЕРМОЯДЕРНИЙ СИНТЕЗ – ЕНЕРГЕТИКА МАЙБУТНЬОГО

    Аналізуючи дані, що надходять з усього світу про досягнення у приборканні реакції термоядерного синтезу, яка за прогнозами вчених стане основою вирішення енергетичної проблеми у найближчий час, зроблено ще кілька дуже важливих кроків на шляху практичного впровадження. Вчені Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нові умови проведення керованої реакції термоядерного синтезу, при яких відбувається інтенсивне очищення робочої речовини від продуктів реакції. Ці забруднювачі перешкоджають подальшому підтриманню неперервного протікання реакції. Цей метод може стати ключем, завдяки якому буде реалізовано практичне використання термоядерного синтезу у якості невичерпного джерела чистої енергії (www.psfc.mit.edu/research/topics/alcator-cmod-tokamak). Команда вчених працює з реактором Alcator C-Mod, що є одним з високотехнологічних термоядерних реакторів у світі, віднайшла новий набір робочих параметрів реактора. Їх застосування дозволяє ефективно утримувати високотемпературну плазму в реакторі, підтримувати її енергетичний потенціал та видаляти з плазми частинки забруднення. Alcator C-Mod є експериментальним термоядерним реактором типу ТОКАМАК (ТОроїдальна КАмера з МАгнітними Котушками). Термін ТОКАМАК було запропоновано радянським вченим Н. А. Явлінським, автором першої тороідальної системи, який тепер використовується без перекладу у багатьох мовах (en.wikipedia.org/wiki/Alcator_C-Mod). Перший токамак було побудовано у 1954 році та експлуатувались лише у СРСР. У 1968 році на токамаці T-3 в Інституті атомної енергії ім. І. В. Курчатова вперше досягнуто температуру плазми у 10 млн. градусів. Саме тоді світова наукова спільнота визнала доцільність проведення досліджень фізики плазми саме на токамаках і зараз саме ця система вважається найбільш перспективною (uk.wikipedia.org/wiki/Токамак). Принцип дії токамака полягає у тому, що потужні магнітні поля утримують гарячий плазмовий шнур у центральні тороподібній частині реактора. Залежно від форми та потужності магнітного поля висока температура та заряджені частинки плазми можуть просочуватись скрізь магнітний заслін (цей режим називають L-mode, low-confinement) або концентруватись у одному місці плазмового шнура (режим H-mode, highconfinement). Вчені MIT знайшли третій режим та назвали його I-mode (improved), при якому важкі заряджені частинки-забруднювачі, можуть проходити скрізь магнітний заслін, а висока температура утримується у межах плазми, як у режимі H-mode. Новий режим підтримання реакції термоядерного синтезу може використовуватись для ініціації керованих реакцій термоядерного синтезу, які проходять під впливом "самонагрівання", без додавання значної кількості зовнішньої енергії. Практична доцільність нового типу термоядерних реакцій мають перевірити на французькому реакторі ITER (www.iter.org), пуск якого відбудеться у найближчий час. У той же час в Європі найсучасніший експериментальний реактор термоядерного синтезу Wendelstein 7-X успішно розігрів невелику порцію водню до температури у 80 мільйонів градусів, перетворивши газоподібний водень у високотемпературну плазму. Більшість параметрів та режимів роботи реактора було визначено німецькими вченими наприкінці минулого року під час першого запуску реактора з активною речовиною гелієм. Ця подія стала початком програми наукових досліджень у галузі термоядерного синтезу за допомогою самого великого у світі реактора типу стеллатор, яка проводитиметься в Інституті плазмової фізики Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP, Німеччина). Будівництво реактора Wendelstein 7-X зайняло майже десятиліття, та лише у грудні минулого року він був запущений у роботу. Цей реактор розроблено для створення магнітного поля високої ефективності та утримання високотемпературної плазми впродовж 30 хвилин. З моменту запуску 10 грудня 2015 року вчені провели близько 300 запусків, основна метаю яких є плазмова очистка поверхні камери. Під час цих запусків реєстраційне обладнання було включено та напрацьовано масу даних про процеси, що відбуваються у камері реактора. На церемонії запуску реактора Wendelstein 7-X була присутня канцлер Німеччини Ангела Меркель, яка після 20-хвилинного виступу, натиснула кнопку запуску. З цього видно яку велику увагу надає керівництво передових країн світу науці, що забезпечує енергетичну незалежність у майбутньому. Реактор Wendelstein 7-X, на спорудження якого витрачено 1 мільярд євро та один мільйон людино-годин, ніколи не виробить жодного вату енергії. Він призначений для оцінки придатності реакторів типу стеллатор для виробництва енергії у промислових масштабах та для демонстрації переваг стеллатор- реакторів над реакторами токамак. Дослідження даного етапу триватимуть до середини березня поточного року. Після цього камеру реактора відкриють та встановлять плитки з вуглецю для додаткового захисту стінок та установки для видалення домішок, що потрапляють разом із паливом. Після такого доопрацювання реактор зможе розігрівати плазму до більш високих температур та утримувати її впродовж 30 хвилин при витратах на нагрів плазми у 20 мегават. Поки одні вчені працюють над створенням та запуском нових стеллаторів та токамаків працівники лабораторії Лоуренса в м. Лівермор, Каліфорнія, США (Lawrence Livermore National Laboratory) створюють лазерну установку з ініціації термоядерного синтезу National Ignition Facility (NIF). Лазерний комплекс NIF, на спорудження якого витрачено 3,5 мільярда доларів, найпотужніший лазер на даний час в світі, він в випромінює енергію 25 разів більше ніж буд-який інший лазер (lasers.llnl.gov). Промені 192 лазерів фокусуються на мішені, яка виготовлена з термоядерного палива. Комплекс розміщено у будівлі заввишки десяти поверхів. Допоміжна інфраструктура, що вміщує системи керування, контролю та силові системи, розташована в будівлі навколо комплексу, та займає площу в три футбольні поля. Енергія усіх лазерів NIF становить близько одного мегаджоуля, а тривалість світлового імпульсу дорівнює 25 мільярдним секунди. Такої енергії достатньо для нагріву мішені з термоядерного палива до температури порядку ста мільйонів градусів та створення тиску, що дорівнює тиску у центрі зірок. Саме такі умови необхідні для ініціації реакції термоядерного синтезу. Залишається сподіватися, що виділена при цьому енергія багатократно перевищуватиме витрачену на запуск реакції енергію. Студенти та співробітники НТУУ «КПІ» уважно стежать за прогресом в галузі створення нових експериментальних установок термоядерного синтезу, сподіваються, що десятки мільярдів євро та багато тисяч годин праці вчених світу принесуть позитивний результат у найближчі роки та покладуть початок ери надійної та екологічно чистої термоядерної енергетики.

    Переглянути