Прорыв в термоядерном синтезе: 6 минут плазмы установили новый рекорд реактора
Термоядерный реактор на юге Франции, получивший название WEST, только что достиг важной вехи, которая приближает нас на один шаг к чистой, устойчивой, почти безграничной энергии.
Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы в Нью-Джерси, которые участвовавший в проекте, объявил сегодня, что устройство создало сверхгорячий материал, называемый плазмой, температура которой достигала 90 миллионов градусов по Фаренгейту (50 миллионов градусов по Цельсию) в течение 6 минут подряд.
Конечная цель — поддерживать сверхгорячая плазма в течение многих часов, но 6 минут — это новый мировой рекорд для такого устройства, как WEST. Другие ядерные реакторы, подобные WEST, создали более горячую плазму, но они не просуществовали так долго.
WEST — это так называемый токамак. Это термоядерный реактор в форме пончика размером с комнату 8 на 8 футов с потолками высотой 8 футов, способный генерировать тот же тип энергии, который питает наше Солнце. Вот почему ученые иногда называют эти машины «искусственными солнцами».
«То, что мы пытаемся сделать, — это создать солнце на Земле», — рассказал Бизнесу Луис Дельгадо-Апарисио, руководитель перспективных проектов PPPL. Инсайдер. «И это чрезвычайно, чрезвычайно сложно», — сказал он, но этот новый рекорд предполагает, что они движутся в правильном направлении.
Солнце работает на основе ядерного синтеза (когда атомные ядра объединяются и выделяют энергию), а не следует путать с процессом ядерного деления (когда атомные ядра распадаются на части и выделяют энергию), который приводит в действие современные ядерные реакторы.
Энергия термоядерного синтеза более мощна, чем любая форма энергии, которую мы имеем сегодня. Если мы сможем использовать эту энергию, она сможет производить почти в 4 миллиона раз больше энергии на килограмм топлива, чем ископаемое топливо. Кроме того, он не содержит углерода.
Прежде чем это станет реальностью, остаются серьезные проблемы, и именно здесь на помощь приходят экспериментальные реакторы, такие как WEST.
Хотя WEST не будет использоваться для термоядерного синтеза для того, чтобы электричество питало дома, оно имеет решающее значение для исследований, которые закладывают основу для будущих коммерческих реакторов.
WEST создает больше энергии и закладывает основу для ИТЭР
У WEST много общего с ИТЭР, соседним реактором, строящимся на юге Франции, который после завершения строительства станет крупнейшим в мире токамаком, способным самостоятельно горить плазму. Создание такой саморазогревающейся смеси является решающим шагом на пути к использованию энергии термоядерного синтеза в коммерческих целях.
Однако из-за затрат и технологических неудач неясно, когда будет завершен ИТЭР. Тем временем другие объекты проводят эксперименты, чтобы выяснить, как лучше всего управлять гигантским реактором. Сюда входит ЗАПАД.
Эти два реактора практически являются соседями, сказал Дельгадо-Апарисио, и эксперименты в WEST напрямую применимы к ИТЭР.
Для термоядерного синтеза Чтобы это произошло на Земле, температура топлива должна достичь как минимум 50 миллионов градусов по Цельсию. Одним из главных препятствий, с которыми сталкивается термоядерная энергетика, является то, что для создания таких экстремальных температур требуется огромное количество энергии, и до сих пор реакторы не могут поддерживать плазму достаточно долго, чтобы получить избыток энергии, который можно было бы использовать в коммерческих целях. Так что на данный момент термоядерные реакторы обычно потребляют больше энергии, чем производят.
Последний прорыв WEST не стал исключением. Тем не менее, в результате термоядерного синтеза было получено на 15 процентов больше энергии по сравнению с предыдущими попытками, сообщается в заявлении PPPL. Более того, плазма была в два раза плотнее, что является еще одним важным компонентом для создания большего количества энергии.
Ключ к рекордному успеху WEST: вольфрам
WEST помогает ученым тестировать лучшие материалы для создания стены внутри термоядерного реактора, что непросто, поскольку в этих средах температура может достигать более чем в три раза выше, чем в центре Солнца.
Первоначально WEST содержал углеродные стены. Хотя с углеродом легко работать, говорит Дельгадо-Апарисио, он также поглощает тритий, редкий изотоп водорода, который питает реакцию термоядерного синтеза.
«Представьте, что у вас есть стена, которая является не просто стеной, но и что-то вроде губки, — сказал он, — губки, которая поглощает ваше топливо».
Итак, в 2012 году учёные решили протестировать другой материал для стенок токамака — вольфрам — тот же материал, который используется в ИТЭР. будет использовать некоторые из его основных компонентов.
Благодаря способности вольфрама выдерживать тепло, не поглощая тритий, Дельгадо-Апарисио считает, что это идеальный материал для стенок токамака.
Тем не менее, вольфрам не идеален. Одним из его недостатков является то, что он может расплавиться и попасть в плазму, загрязняя ее. В свою очередь, это может противодействовать процессу, излучая много энергии и охлаждая плазму.
Поэтому для оптимизации системы ученым необходимо понять, как именно вольфрам ведет себя и взаимодействует с плазмой. Именно это исследователи делают с WEST.
Команда PPPL, например, модифицировала диагностический инструмент, который они использовали в этом последнем эксперименте от WEST. Инструмент помог команде точно измерить температуру плазмы, чтобы лучше понять, как вольфрам мигрирует от стенки устройства к плазме.
«Мы можем обнаружить, как он движется внутри, мы можем следить за ним, мы можем изучать ее транспортировка внутри машины», — сказал Дельгадот-Апарисио, — сказал Дельгадот-Апарисио. Это может помочь в разработке будущих методов защиты плазмы от примесей, таких как капли вольфрама, которые ее охлаждают.
«Теперь мы понимаем, как должно осуществляться такое охлаждение. о нем позаботятся, — сказал он, — и этот опыт будет экспортирован в соседний ИТЭР».
WEST и ИТЭР — не единственные реакторы, в которых используется вольфрам.
Commonwealth Fusion Systems (CFS), например, использует вольфрамовые стенки для SPARC, своего демонстрационного термоядерного реактора. Корейская компания KSTAR имеет вольфрамовый дивертор и недавно продемонстрировала 30-секундную плазму с температурой 100 миллионов градусов.
Пока покажет, станет ли вольфрам ключом к открытию коммерческой термоядерной энергии.
Коммерческая термоядерная энергия, вероятно, появится еще через десятилетия, но Дельгадо-Апарисио считает, что они делают шаги к «этой большой цели — дать человечеству энергию».
PPPL заявила, что опубликует результаты своего исследования. поэкспериментируйте в рецензируемом журнале через несколько недель.
Эта статья была первоначально опубликована Business Insider.
Больше от Business Insider:
