Термоядерный реактор

Термоядерный синтез — ядерная реакция, процесс взаимодействия (слияния) легких ядер с образованием более тяжелого ядра и выделением огромного количества энергии. Именно термоядерный синтез лежит в основе энергетики звезд, в том числе и ближайшей к нам звезды — Солнца.

Термоядерная энергетика в рассматриваемых к настоящему времени технических подходах, вполне способна обеспечить всему человечеству энергетическое изобилие. Это обусловлено крайне высокой энергоёмкостью синтезного топлива при практически неограниченном — в случае реализации дейтерий-тритиевого цикла — ресурсном обеспечении.

Дейтерий есть в обычной воде, пусть и в малом количестве (0,015% по числу ядер от всего водорода). А его потенциал громаден — расчётное количество энергии, запасённое лишь в 1 л воды, эквивалентно, при полном протекании термоядерных реакций DD-цикла, сжиганию примерно 400 л нефти или около 600 кг высококачественного угля.

Принцип работы токамака: горячая плазма удерживается в тороидальном корпусе мощными магнитными полями, создаваемыми сверхпроводящими катушками.

Сейчас термоядерная энергетика, к сожалению, практической реальностью пока не является. Поэтому наиболее разумной стратегией в её отношении представляется подход «надеяться на лучшее». Способствовать развитию и иметь наготове базовый энергетический сценарий позволяющий заместить нефть, газ и уголь.

Больше интересных новостей из мира энергии и энергетики в телеграм-канале ЭнергетикУм

Уже второй раз за восемь лет ИТЭР приходится пересматривать свой бюджет и сроки. Первоначально планировалось, что стоимость проекта составит около $5 млрд, а испытания начнутся в 2020 году. На сегодняшний день бюджет превысил $22 млрд, а дата испытаний не установлена. Дополнительные расходы, по словам Барабаски, составят около $5,4 млрд.

Утверждается, что размеры инновационного реактора составляют всего 2 % от установок на обычных сверхпроводящих катушках. На новом реакторе под названием HH70, размещённом в восточном районе Шанхая, будут проверены основные наработки, что позволит создать к 2027 году опытный реактор следующего поколения, а к 2030 году демонстратор термоядерной электростанции.

В качестве материала для сверхпроводящих катушек используется относительно дешёвое соединение ReBCO (редкоземельный оксид бария-меди). В Китае научились выпускать ленту из ReBCO в массовых количествах. Она востребована для маглевов будущего и не только. Токамаки, как видим, тоже выиграют от перехода на сверхпроводящие магниты.

Следующее поколение опытного реактора Energy Singularity должно выйти на показатель эффективности 1:10, выработав в 10 раз больше энергии, чем пошло на разогрев плазмы. Если этот показатель будет достигнут, то первый демонстратор термоядерной электростанции в исполнении Energy Singularity появится через каких-то пять лет, что пока воспринимается как фантастика.

Источник: 3DNews

Ранее токамаки (тороидальная камера с магнитными катушками) использовали углеродную облицовку, которая ограничивала время удержания и температуру плазмы. Вольфрам же позволяет достичь более высокой плотности и температуры плазмы, необходимых для поддержания термоядерной реакции. В ходе последнего эксперимента WEST выработал 1,15-ГДж энергии, сообщает издание Quartz.

«Это прекрасные результаты, — сказал Ксавье Литаудон (Xavier Litaudon), ученый из Французской комиссии по атомной энергии (CEA). — Мы достигли стационарного режима, несмотря на сложные условия из-за этой вольфрамовой стенки».

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL) принимали участие в экспериментах на WEST, используя детекторы рентгеновского излучения для измерения параметров плазмы. По их словам, вольфрамовая среда намного сложнее для работы по сравнению с углеродом, но зато открывает больше перспектив.

До сих пор ни одна установка не могла удерживать столь горячую плазму столь длительное время. А ведь именно температура и время удержания являются ключевыми параметрами на пути к практическому использованию термоядерной энергии. Чем выше температура и чем дольше она поддерживается, тем больше шансов запустить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию.

Это достижение имеет важное значение для разработки коммерчески жизнеспособного термоядерного реактора. В отличие от традиционных АЭС, использующих деление ядер урана, в термоядерном реакторе происходит слияние легких атомных ядер с выделением колоссальной энергии. Потенциально это может дать практически неисчерпаемый источник энергии без радиоактивных отходов. Однако на пути к коммерциализации термоядерной энергетики еще стоит много трудностей. Нужно решить проблемы устойчивого удержания плазмы, её нагрева до температур в десятки и сотни миллионов градусов, эффективной передачи выделяемой энергии. Поэтому каждое новое достижение в этой области имеет большое значение.

Интересно, что не так давно рекорд по времени удержания плазмы, в более чем в 100 миллионов градусов в течение 20 секунд, поставил корейский токамак KSTAR, заменив углеродный дивертор на вольфрамовый, который удвоил предел теплового потока реактора.

Хотя практическое применение энергии термоядерного синтеза еще далеко, однако каждое подобное достижение приближает нас к заветной цели — чистому и практически неисчерпаемому источнику энергии, а роль вольфрама в этом может оказаться незаменимой.

Источник: 3Dnews.ru