Реактор. Термоядерный. Немецкий

Wendelstein 7-X
В нашем безумном мире, где энергобезопасность каждой без исключения страны является одной из приоритетных задач, ведущие мировые державы уже давно задумались над темой альтернативных источников энергии. Сейчас электричество и отопление, поступающие в наши дома, в основном вырабатываются станциями, работающими на природном газе или мазуте. Есть, конечно же разного рода ГЭС и ГрЭС, но все они имеют проблемы с экологией, а для станций работающих на воде вообще приходится затапливать обширные территории при огромных экономических затратах, что не всякий себе может позволить. В связи с этим, ещё какие-то 40 лет назад казалось, что положение могут спасти АЭС, но но после аварии на 4-м энергоблоке Чернобыльской станции на этом направлении развития был надолго “поставлен крест”. Например, в Советском Союзе отменили программы строительства АЭС в Белоруссии и в Крыму. Однако, если в белорусском варианте Минская АЭС перевоплотилась в ТЭЦ-5, то для крымчан всё обернулось полным сворачиванием работ (к чему это привело в начале 1990-х гг. и в ноябре 2015 года после подрыва ЛЭП “правсеками” и “правильными татарами” мы все прекрасно видим). Разумеется, наука не стояла на месте и ещё в 1950-е гг. начало развиваться направление получения энергии из термоядерного синтеза.

Собственно, чем отличается атомная энергетика от термоядерной (причем, их часто путают). На АЭС энергию получают путем расщепления тяжелых частиц на легкий. В случае с термоядерным синтезом всё совсем наоборот – энергия получается в ходе слияния легких частиц в тяжелые. В обозримой перспективе Термоядерные электростанции (ТЯЭС) смогут вытеснить АЭС, поскольку их достоинства очевидны.

  1. Отсутствует критичность с площадкам
  2. Нет привязки к месторождениям ископаемого топлива
  3. Намного лучшая радиационная безопасность (фактически ТЯЭС излучает поток нейтронов и гамма-лучей только во время работы)
  4. Отсутствие накопления радиоактивных отходов

Ну и самое главное, при наличии подходящих ресурсов (например, гелий-3 очень подошел бы) мы получили бы почти неисчерпаемый источник энергии. Чтобы было более понятно в качестве примера можно привести Солнце, где термоядерные реакции происходят в недрах звезды при температурах в миллионы градусов. Там ядра изотопов водорода, сливаясь вместе, образуют более тяжелое ядро атома гелия – в ходе этого процесса выделяется огромная энергия. Тут, в общем-то, физика за 9-й класс – чтобы соединить два положительно заряженные ядра в новое ядро, необходимо чтобы они преодолели силы взаимного отталкивания. Преодолеть этот эффект можно путем разгона частиц, что достигается повышением температуры.
И вот тут-то возникает самая главная проблема, суть которой заключается в том, чтобы получить контролируемую термоядерную реакцию в искусственно создаваемых условиях. Пока что более-менее дела обстоят только с неконтролируемой – то есть с термоядерной бомбой. Естественно, что данную проблему пытаются решить с различной степенью успешности, и вот, 10 декабря 2015 года в Германии был успешно запущен термоядерный реактор Wendelstein 7-X, в котором удержание плазмы происходит по принципу стелларатора. Давайте разберемся, что представляет из себя этот самый стеллатор и какие ещё имеются варианты термоядерных реакторов.

К настоящему моменту помимо стеллатора в физическом виде существует только реакторы типа токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). В обоих случаях они включают магнитные поверхности, с помощью которых удерживается плазма, но есть ряд принципиальных различий.
В стеллаторе магнитные поверхности с внешними катушками, удерживающие плазму в состоянии равновесия, создаются сложной системой внешних проводников на вакуумной камере, внутри которой и находится топливо. Соответственно, в токамаке магнитное поле имеет форму тороидального шнура по которому пропускается электрический ток. На практике это означает, что токамак может работать без вспомогательных устройств исключительно в импульсном режиме, но для генерации магнитного поля используется менее сложная система. Селларатор, с свою очередь, способен в течение длительного времени работать в непрерывном режиме, однако конфигурация в нем магнитного поля значительно более сложная.



Для Германии проект Wendelstein 7-X был во многом статусный, понятно по каким причинам. Установка находится в немецком Институте физики плазмы Общества имени Макса Планка в городе Грайфсвальд. Размеры Wendelstein 7-X отнюдь не эпические, но этого от немецких инженеров как раз и не требовали – на повестке дня стояли экспериментально-прагматические цели. Собственно, сам реактор состоит из 50 сверхпроводящих ниобий-титановых катушек около 3,5 метров в высоту и общим весом около 425 тонн, способных создавать магнитное поле индукцией три тесла, удерживающее плазму с температурой 60-130 миллионов градусов Цельсия. Большой радиус плазмы равен 5,5 метра, малый радиус — 0,53 метра. Объем плазмы может достигать 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 (источник lenta.ru).
Правительство Германии одобрило проект в 1993 году и уже в следующем году в Грайфсвальде был создан филиал Института физики плазмы. Первое время дела шли в гору. Коллектив опытных сотрудников разрастался, а финансирование шло без задержек и сиквестров. Проблемы возникли с нехваткой сверхпроводящих магнитов, имеющих специальную геометрию, и охлаждаемых гелием. По состоянию на 2003 год треть магнитов, предоставленных ученым, пришлось забраковать, но что было более неприятным – к 2007 году проект находился на грани закрытия. Тем не менее, немцам удалось найти в себе силы завершить разработку и в мае 2014 года Институт физики плазмы отчитался о завершении строительства стелларатора, после чего провел необходимые пусконаладочные работы.

Эксперименты планируется проводить в три этапа.

  1. Начался 10.12.2015. Проведение опытов с получением в реакторе гелиевой плазмы, которую нужно удерживать в равновесном состоянии 1-2 секунды.
  2. Конец января 2016 года. Испытания с водородной плазмой и её удержание в течении нескольких секунд.
  3. Срок не определен. Удержать плазму в реакторе до получаса и добиться отношение давления плазмы к давлению удерживающего ее магнитного поля равного 4-5.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Одноклассники

Тэги: , , , ,

Оставьте комментарий

Яндекс тИЦ