RW Space

В будущем термоядерные реакции внутри токамаков могут производить гораздо больше энергии, чем считалось ранее, благодаря новому новаторскому исследованию, которое обнаружило, что основной закон для таких реакторов неверен.

Исследование, проведенное физиками из Swiss Plasma Центр Федеральной политехнической школы Лозанны (EFPL) определил, что максимальная плотность водородного топлива примерно в два раза превышает «предел Гринвальда» — оценка, полученная в результате экспериментов более 30 лет назад.

Открытие того, что термоядерный синтез реакторы могут фактически работать с плотностью водородной плазмы, которая намного выше, чем предел Гринвальда, для которого они созданы, повлияет на работу массивного токамака ИТЭР, строящегося на юге Франции, и сильно повлияет на проекты преемников ИТЭР, называемых демонстрационной электростанцией (демонстрационная электростанция). DEMO) термоядерных реакторов, сказал физик Паоло Риччи из Швейцарского плазменного центра.

«Точное значение зависит от мощности», — сказал Риччи Live Science. «Но, по грубой оценке, увеличение в ИТЭР составляет порядка двух раз».

Риччи — один из руководителей исследовательского проекта, в котором теоретическая работа сочеталась с результатами около Год экспериментов на трех разных термоядерных реакторах по всей Европе: Токамак à Configuration Variable (TCV) EPFL, Объединенный европейский тор (JET) в Калхэме в Соединенном Королевстве и токамак с модернизацией осесимметричного дивертора (ASDEX) в Институте Макса Планка. по физике плазмы в Гархинге в Германии.

Он также является одним из ведущих авторов исследования об открытии, опубликованного 6 мая в журнале Physical Review Letters.

Термоядерный синтез будущего

Токамаки в форме пончика – одна из самых многообещающих конструкций термоядерных реакторов, которые однажды можно будет использовать для выработки электроэнергии для электросетей.

Ученые работали более 50 лет, чтобы сделать управляемый синтез реальностью; в отличие от ядерного деления, которое вырабатывает энергию при разрушении очень больших атомных ядер, ядерный синтез может генерировать еще больше энергии за счет соединения очень маленьких ядер.

В процессе синтеза образуется гораздо меньше радиоактивных отходов, чем при делении, а нейтроны богатый водород, который он использует в качестве топлива, сравнительно легко получить.

Тот же процесс приводит в действие такие звезды, как Солнце, поэтому управляемый синтез сравнивают со «звездой в банке»; но поскольку очень высокое давление в сердце звезды невозможно на Земле, для термоядерных реакций здесь требуются температуры выше, чем на Солнце.

Температура внутри токамака TCV, например, может быть более 216 миллионов градусов по Фаренгейту (120 миллионов градусов по Цельсию) — почти в 10 раз выше температуры термоядерного ядра Солнца, которая составляет около 27 миллионов по Фаренгейту (15 миллионов по Цельсию).

Несколько проектов в области термоядерной энергетики в настоящее время находятся на продвинутой стадии, и некоторые исследователи полагают, что первый токамак, производящий электроэнергию для сети, может заработать к 2030 году, ранее сообщал Live Science.

Более 30 правительств по всему миру также финансируют ИТЭР. токамак («Итер» означает «путь» на латыни), который должен произвести свою первую экспериментальную плазму в 2025 году.

Однако ИТЭР не предназначен для выработки электроэнергии; но токамаки на базе ИТЭР, которые будут называться реакторами DEMO, сейчас разрабатываются и могут заработать к 2051 году.

Проблемы плазмы

В основе новых расчетов лежит предел Гринвальда , названный в честь физика из Массачусетского технологического института Мартина Гринвальда, который определил предел в 1988 году.

Исследователи пытались выяснить, почему их термоядерная плазма фактически стала неуправляемой (они расширились за пределы магнитных полей, которые удерживали их внутри камеры токамака). когда они увеличили плотность топлива выше определенной точки, и Гринвальд получил экспериментальный предел, основанный на малом радиусе токамака (размере внутреннего круга пончика) и количестве электрического тока, проходящего через плазму.

По словам Риччи, хотя ученые давно подозревали, что предел Гринвальда можно улучшить, это было основополагающим правилом исследований термоядерного синтеза более 30 лет. Например, это руководящий принцип конструкции ИТЭР.

Однако последнее исследование расширяет как эксперименты, так и теорию, которые Гринвальд использовал для получения своего предела, что приводит к гораздо более высокому пределу плотности топлива, который По его словам, это увеличивает мощность ИТЭР и влияет на конструкции реакторов DEMO, которые появятся после него. реакция увеличивается, сказал он.

Пока невозможно узнать, как такое большое увеличение плотности топлива повлияет на выходную мощность токамаков, сказал Риччи, но это, вероятно, будет значительным; и исследования показывают, что большая плотность топлива облегчит эксплуатацию термоядерных реакторов.

«Это облегчает достижение безопасных и устойчивых условий синтеза», — сказал он. «Это позволяет вам достичь нужного вам режима, чтобы термоядерный реактор мог работать должным образом».

Эта статья была первоначально опубликована Live Science. Прочтите оригинал статьи здесь.