Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Немецкий стелларатор Wendelstein 7-X установил новый стандарт для термоядерных реакторов, приближая коммерческое использование практически безграничной чистой энергии.
Недавно завершившаяся экспериментальная кампания на стеллараторе Wendelstein 7-X (тип реактора для управляемого термоядерного синтеза) в Институте физики плазмы им. Макса Планка (IPP) в Грайфсвальде, Германия, побила предыдущие рекорды в области синтеза и установила новый эталон производительности для реакторов.70-летняя проблема термоядерного синтеза решена – Это остановит утечку электронов в реакторах
Неиссякаемая чистая энергия
Ядерный синтез сулит многообещающую перспективу получения неограниченной чистой энергии.
Путём столкновения изотопов (разновидностей одного и того же химического элемента) водорода при невероятно высоких температурах образующаяся перегретая плазма (ионизированный газ, состоящий из электронов и ионов) сливается в более тяжёлые атомы, высвобождая при этом феноменальное количество энергии.
Однако, хотя эта реакция синтеза является самоподдерживающейся при экстремальных температурах и давлениях внутри звёзд, воссоздание таких условий на Земле представляет огромную техническую проблему, и существующие концепции реакторов всё ещё потребляют больше энергии, чем способны произвести.
Стеллараторы (от лат. stella — звезда) являются одной из наиболее перспективных конструкций реакторов, названных так за имитацию реакций, происходящих на солнце. Они используют мощные внешние магниты для управления высокоэнергетической плазмой внутри вакуумной камеры в форме кольца и поддержания стабильного высокого давления.
В отличие от более простых реакторов-токамаков (сокращение от «тороидальная камера с магнитными катушками»), которые пропускают через плазму сильный электрический ток для создания необходимого магнитного поля, внешние магниты стеллараторов лучше стабилизируют плазму во время реакций синтеза.
Эта особенность будет иметь решающее значение при переходе технологии на коммерческие электростанции. Во время недавних экспериментов стелларатор W7-X превзошёл предыдущие показатели, установленные выведенными из эксплуатации токамаками JT-60U в Японии и JET в Великобритании, особенно в отношении времени удержания плазмы.
Более примечательно, что международная команда сообщила о достижении реактором нового рекордно высокого тройного произведения — ключевого показателя успеха генераторов термоядерной энергии.
Тройное произведение — это комбинация плотности частиц в плазме, температуры, необходимой для их слияния, и времени удержания энергии (мера того, насколько хорошо система удерживает тепловую энергию).
Определённое минимальное значение, называемое критерием Лоусона (условие, при котором реакция начинает производить больше энергии, чем потребляет и становится самоподдерживающейся), отмечает точку безубыточности.
Таким образом, более высокое тройное произведение указывает на более эффективную реакцию.
«Новый рекорд — это огромное достижение международной команды, — заявил Томас Клингер, руководитель эксплуатации Wendelstein 7-X и глава отдела динамики и переноса в стеллараторах IPP. — Поднятие тройного произведения до уровня токамаков при длительных плазменных разрядах знаменует ещё одну веху на пути к созданию стелларатора, пригодного для электростанции».
Новый инжектор топливных таблеток
Ключом к успеху этого последнего достижения стала разработка нового инжектора топливных таблеток, который сочетал бы непрерывную дозаправку реактора с импульсным нагревом для поддержания необходимой температуры плазмы.
В течение 43 секунд в плазму было выпущено 90 замороженных водородных таблеток со скоростью до 800 м/с, что примерно соответствует скорости пули. Запрограммированные импульсы мощных микроволн нагревали плазму, которая достигла пиковой температуры в 30 млн градусов Цельсия.
Координация между микроволновыми импульсами и инжекцией таблеток позволила значительно продлить время стабильного удержания плазмы.
В рамках этой же кампании также удалось увеличить полное энерговложение (комбинированный показатель мощности нагрева и длительности удержания плазмы, отражающий способность реактора поддерживать высокоэнергетическое состояние) реакции до 1,8 гигаджоуля за шестиминутный запуск, побив предыдущий рекорд реактора в 1,3 гигаджоуля, установленный в феврале 2023 года.
Этот новый показатель превысил рекорд, достигнутый китайским экспериментальным усовершенствованным сверхпроводящим токамаком (EAST) ранее в том же году, что ещё раз подтверждает потенциал стеллараторов.
«Рекорды экспериментальной кампании — это гораздо больше, чем просто цифры. Они представляют значительный шаг вперёд в подтверждении концепции стелларатора, что стало возможным благодаря выдающемуся международному сотрудничеству», — резюмировал Роберт Вольф, руководитель отдела нагрева и оптимизации стеллараторов в IPP.
Поделись видео:
