Helion Energy планирует подключить реактор мощностью минимум 50 МВт — это немного, но речь здесь идет, скорее, о самом факте первого в истории коммерческого контракта на получение энергии посредством термоядерного синтеза. Холодный термоядерный синтез признали официально. Холодный ядерный синтез или ХЯС специалисты определяют как реакцию слияния1 атомных ядер в холодном водороде, например, мюонный катализ. Верифицирован реактор холодного термоядерного синтеза.
Холодный синтез: желаемое или действительное?
Источник дешевой энергии Флейшман и Понс утверждали, что они заставили ядра дейтерия сливаться друг с другом при обычных температурах и давлениях. Их «реактор холодного синтеза» представлял собой калориметр с водным раствором соли, через который пропускали электрический ток. Правда, вода была не простой, а тяжелой, D2O, катод был сделан из палладия, а в состав растворенной соли входили литий и дейтерий. Через раствор месяцами безостановочно пропускали постоянный ток, так что на аноде выделялся кислород, а на катоде — тяжелый водород.
Флейшман и Понс якобы обнаружили, что температура электролита периодически возрастала на десятки градусов, а иногда и больше, хотя источник питания давал стабильную мощность. Они объяснили это поступлением внутриядерной энергии, выделяющейся при слиянии ядер дейтерия. Флейшман и Понс уверовали, что внутри кристаллической решетки этого металла атомы дейтерия столь сильно сближаются, что их ядра сливаются в ядра основного изотопа гелия.
Этот процесс идет с выделением энергии, которая, согласно их гипотезе, нагревала электролит. Объяснение подкупало простотой и вполне убеждало политиков, журналистов и даже химиков. Они-то прекрасно знали, что два дейтрона в принципе могут дать начало ядру гелия-4 и высокоэнергичному гамма-кванту, но шансы подобного исхода крайне малы.
Даже если дейтроны вступают в ядерную реакцию, она почти наверняка завершается рождением ядра трития и протона или же возникновением нейтрона и ядра гелия-3, причем вероятности этих превращений примерно одинаковы. Если внутри палладия действительно идет ядерный синтез, то он должен порождать большое число нейтронов вполне определенной энергии около 2,45 МэВ. Их нетрудно обнаружить либо непосредственно с помощью нейтронных детекторов , либо косвенно поскольку при столкновении такого нейтрона с ядром тяжелого водорода должен возникнуть гамма-квант с энергией 2,22 МэВ, который опять-таки поддается регистрации.
Это позволит эффективней удерживать плазму? Мы хотим за счет термоядерных технологий решить проблему с «замыканием» ядерного топливного цикла. Представляете, мы сможем нарабатывать искусственное топливо для атомных реакторов, получать в реакторе энергию, а после дожигать отработанное топливо до безопасного состояния, чего раньше никогда не было. До сих пор мы просто захоранивали ядерные отходы, накапливая их. В целом новая гибридная атомная станция будет значительно безопасней и экологичней. Отсутствие большого количества опасных отходов также позволит повысить экспортный потенциал нашей атомной промышленности. Развивая эту технологию, мы оставим своим потомкам более чистую планету, без залежей ядерных отходов. Мы будем использовать термоядерный реактор как мощный источник нейтронов для получения ядерного топлива. При этом параметры плазмы в таком термоядерном источнике нейтронов могут быть существенно ниже, чем в чисто термоядерном энергетическом реакторе, а размеры — существенно меньше, чем у того же ИТЕРа. Следовательно, такой реактор-источник будет значительно дешевле.
Но самое главное: реализация гибридной концепции позволит существенно сократить время, требующееся для внедрения уже наработанных термоядерных технологий в коммерческий оборот. Существует еще и открытый тип реактора — зеркальные ловушки, или, образно говоря, «магнитные бутылки», имеющие на концах магнитные «пробки» или магнитные «зеркала». На концах такого реактора, возле «пробок», магнитное поле сильное, в центре — слабее. Частицы плазмы привязаны к силовым линиям магнитного поля и движутся от одной «пробки» к другой, каждый раз отражаясь от них. Конструкция такого реактора получается более простой, а значит, дешевой и легкой в сборке. Такая зеркальная ловушка, модель будущего реактора открытого типа, есть в новосибирском Институте ядерной физики им. Она считается лучшей установкой такого типа в мире: среди них ей принадлежит рекорд по температуре -10 миллионов градусов. Но на этом новосибирцы останавливаться не намерены. В планах — скрестить открытую ловушку с ядерным реактором, сделать технологию гибридной о подобной технологии мы писали выше. Еще одна очень интересная технология.
Этот проект, который, если все пойдет по плану, может значительно улучшить имидж атомной энергетики, который несколько пострадал после аварии на Фукусиме. Никаких нейтронов, загрязняющих окружающую среду, при этом нет — только чистая энергия. Правда, протон и бор идут на сближение еще труднее, чем дейтерий с тритием, а потому платой за явные преимущества их «союза» является гораздо более высокая температура зажигания реакции — миллиард градусов Цельсия. Это горячее, чем на Солнце! Оно разве не вредное? При строительстве энергетической станции на основе этой технологии вокруг реактора будет построена железобетонная защита, которая обеспечит полную безопасность. Только в центре токи, текущие в плазме, такие мощные, что способны поменять знак магнитного поля реактора.
Но обо всём по порядку. Для начала попробуем разобраться, почему же «группе Google» не удалось запустить холодный ядерный синтез при использовании трёх, казалось бы, классических способов, которые были неоднократно воспроизведены за прошедшие 30 лет и основные условия воспроизводимости результатов для которых были давно установлены. За разъяснением причин этого мы обратились к известному российскому исследователю холодного ядерного синтеза ведущему технологу Института геологии и минералогии СО РАН имени академика В. Соболева, доктору геолого-минералогических наук, член-корреспонденту РАЕН Виталию Алексеевичу Киркинскому о результатах собственных многолетних исследований В. Этот метод можно использовать, если интенсивность ядерных реакций — высокая, на несколько порядков выше, чем при обнаружении продуктов синтеза. Достижение такой интенсивности — значительно более сложная задача. Мартин Флейшман и Стэнли Понс и большинство их последователей при калориметрических измерениях не всегда получали положительные результаты. Выход избыточной энергии происходил спорадически и зависел, в частности, от используемого палладия, поставляемого разными фирмами. Как было выяснено позже, положительное влияние на выход тепла оказывает присутствие некоторых примесей, например бора, и ряд других факторов. Даже при благоприятных условиях при работе с катодами малой площади интегральный коэффициент преобразования энергии был мал, что требовало высокой точности измерений. В ряде экспериментов, проведенных квалифицированными электрохимиками, в растворах на основе тяжелой воды наблюдались всплески нейтронного излучения и выделение избыточной энергии мощностью до нескольких ватт, в то время как в совершенно аналогичных условиях при использовании растворов с обычной водой никакого дополнительного тепловыделения не происходило. Ни в одном из проверочных опытов в статье в Nature не определялся гелий и его изотопный состав — непосредственный продукт ядерного синтеза. Было надежно подтверждено выделение избыточного тепла и его корреляция с выходом трития и гелия. Все эти результаты однозначно свидетельствуют о том, что происходили ядерные реакции слияния атомов дейтерия с образованием гелия.
И заодно научил исследователей доверять только результатам, сначала опубликованным в рецензируемых научных журналах, и только потом в газетах. После этой истории большинство серьезных исследователей прекратили работы по поиску путей осуществления холодного ядерного синтеза. Однако в 2002 году эта тема снова всплыла в научных дискуссиях и прессе. Lahey, Jr. Они заявили, что смогли добиться необходимого для реакции сближения ядер, используя не палладий, а эффект кавитации. Кавитацией называют образование в жидкости полостей, или пузырьков, заполненных газом. Образование пузырьков может быть, в частности, спровоцировано прохождением через жидкость звуковых волн. При определенных условиях пузырьки лопаются, выделяя большое количество энергии. Как пузырьки могут помочь в ядерном синтезе? Очень просто: в момент "взрыва" температура внутри пузырька достигает десяти миллионов градусов по Цельсию — что сравнимо с температурой на Солнце, где свободно происходит ядерный синтез. Талейархан и Лейхи пропускали звуковые волны через ацетон, в котором легкий изотоп водорода протий был заменен на дейтерий. Им удалось зарегистрировать поток нейтронов высокой энергии, а также образование гелия и трития — еще одного продукта ядерного синтеза. Несмотря на красоту и логичность экспериментальной схемы, научная общественность восприняла заявления физиков более чем прохладно. На ученых обрушилось огромное количество критики, касающейся постановки эксперимента и регистрации потока нейтронов. Талейархан и Лейхи переставили опыт с учетом полученных замечаний — и снова получили тот же результат. Тем не менее, авторитетный научный журнал Nature в 2006 году опубликовал статью , в которой высказывались сомнения в достоверности результатов. Фактически, ученых обвинили в фальсификации. В Университете Пердью, куда перешли работать Талейархан и Лейхи, было проведено независимое расследование. По его итогам был вынесен вердикт: эксперимент поставлен верно, ошибки или фальсификации не обнаружено. Несмотря на это, пока в Nature не появилось опровержения статьи, а вопрос о признании кавитационного ядерного синтеза научным фактом повис в воздухе. Новая надежда Но вернемся к японским физикам.
Термоядерный синтез: ещё один шаг | Hi-Tech
«Между холодным синтезом и уважаемой наукой нет практически никакой связи, потому что «холодные синтезаторы» видят себя как сообщество в осаде и не поощряют внутреннюю критику. Если весь этот изотоп использовать в термоядерном реакторе, выделится столько же энергии, как при сжигании 300 л бензина. Представлены новые данные в пользу реальности холодного термоядерного синтеза – следы возникновения высокоэнергичных нейтронов при электролизе тяжёлой воды. Термоядерный синтез предполагает, что вместо радиоактивных элементов, таких как уран и плутоний, в качестве топлива в реактор будут загружаться дейтерий и тритий, после чего с помощью электричества конструкция будет разогреваться до температур. Однако, при всей невероятности и даже сомнительности холодного термоядерного синтеза, нельзя прятать голову в песок. объяснения поддерживали в новостях то, что называлось "холодным термоядерным синтезом" или "путаницей термоядерного синтеза".[32.
Холодный синтез: миф и реальность
Это долгожданная революция в энергетике? Учёным из США впервые удалось провести реакцию ядерного синтеза С получением большего количества энергии, чем было затрачено Учёные в США впервые в истории успешно провели реакцию ядерного синтеза. Как сообщают различные источники, учёные из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии провели реакцию синтеза, получив больше энергии, чем было затрачено. До этого все подобные эксперименты всегда характеризовались затратами, превышающими полученную энергию.
Пока что традиционный «горячий синтез» требует поддержания невероятно высоких температур, чтобы все работало, а для этого нам нужно построить собственное миниатюрное солнце; собственно, эти технические трудности прежде всего объясняют, почему мы до сих пор никуда не пришли. Но есть и другая возможность: холодный синтез. Вместо того чтобы поддерживать температуры в миллионы градусов, холодный синтез — недавно переименованный в LENR — в теории позволит эффективно проводить повторяющиеся реакции при значительно более низких температурах, в тысячи градусов или даже чуть выше комнатной температуры. Он мог бы обеспечить нас дешевой и изобильной энергией и даже поселиться в каждом доме. Кто сказал, что холодный синтез возможен? Похоже на вымысел, не так ли? Красивая сказка, придуманная учеными, которые пытаются оправдать собственные потуги. Существует одна старая история, которая по своей природе очень похожа на сказки про холодный синтез. Она началась еще в 1770 году, еще когда никто не мог подумать не то чтобы о ядерном синтезе — даже современной теории атомов не существовало. Это история про самый первый автомат для игры в шахматы, Mechanical Turk «Механический турок» Вольфганга фон Кемпелена.
Почти за двести лет до изобретения современного компьютера «Турок» мог предложить очень сильную игру в шахматы, выиграл большинство своих игр и победил почти всех, не считая самых лучших игроков на то время. Его считали мистификацией, но множество выставок, на которых показали машину, подтвердили ее подлинность. Машина, казалось, не только обладает незаурядным шахматным мастерством, но и может обнаруживать подставные ходы. В дополнение к нижним ящикам, в которых были шахматная доска и фигуры, у него было шесть дверец, три спереди и три сзади. За левой дверью был набор взаимосвязанных металлических зубчатых колес, которые действительно поворачивались, если их завести. За правыми двумя была красная подушка и открытое пространство. Если открыть все три двери, можно было увидеть все внутренности «Турка».
Часть установки, в которой была запущена реакция синтеза В рамках эксперимента самая мощная в мире лазерная установка, включающая 192 лазера, доставила до крошечной капсулы с топливом 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж энергии. То есть на выходе оказалось более чем в полтора раза больше энергии, чем было затрачено. Термоядерный синтез — это реакция, при которой два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое, при этом генерируя большой объём энергии. То же самое происходит внутри звёзд. Американские учёные ещё в 60-е годы прошлого века предположили, что для запуска реакции синтеза можно использовать лазеры, с помощью которых получится создать огромное давление и температуру, необходимые для запуска реакции. Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием, и спустя множество десятилетий работы его удалось воплотить в лабораторных условиях.
В большинстве экспериментальных термоядерных реакторов используется советская конструкция в форме пончика, называемая токамаком. В такой установке используются мощные магнитные поля, чтобы удерживать облако плазмы или ионизированного газа при экстремальных температурах, достаточно высоких, чтобы атомы могли сливаться вместе. И, если все получится, SPARC станет первым устройством на Земле, достигшем состояния «горящей плазмы», при котором тепло от всех термоядерных реакций поддерживает термоядерный синтез без необходимости добавления в систему дополнительной энергии. И как раз тот факт, что никому никогда не удавалось использовать силу горящей плазмы в контролируемой реакции здесь, на Земле, требует проведения дополнительных исследований, прежде чем SPARC сможет начать работать. Строительство проекта SPARC, запущенного в 2018 году, планируется начать в июне следующего года, а сам реактор может заработать в 2025 году. Это намного раньше, чем крупнейший в мире проект термоядерной энергетики, известный как Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER : он был задуман в 1985 году, в 2007 году началось проектирование, и, хотя строительство стартовало в 2013 году, ожидается, что первая термоядерная реакция в нем будет проведена в лучшем случае к 2035 году. В SPARC будут использоваться так называемые высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые стали коммерчески доступными только в последние три-пять лет — ощутимо позже, чем был спроектирован ИТЭР и началось его строительство. Для сравнения, сила магнитного поля Земли колеблется от 30 до 60 миллионных долей тесла. Предварительная схема ITER. В семи новых исследованиях ученые описали результаты расчетов и моделирований суперкомпьютеров, лежащих в основе конструкции SPARC.
Холодный синтез: миф и реальность
Поэтому мы выбрали три эксперимента по ХЯС, по видам рабочего вещества — газообразное, жидкое и твердое. Во всех случаях существенную роль играет обязательное условие! Почему-то такой принцип адептами ХЯС используется крайне редко, прямо скажем, нам такие эксперименты не известны. Было принято, что мы регистрируем только разность температур между рабочей и контрольной ячейкой с точность 0,1 К. Все остальные гипотетические признаки наличия ХЯС, такие как потоки нейтронов, образования трития и тритонов, разные гамма-излучения мы считаем противоречивыми, предвзятыми, умозрительными, неубедительными и недостоверными. Тем более, что кроме тепла от ХЯС ничего большего и не требуется.
Есть тепло — уже интересно, нет тепла — ну так и ни к чему городок городить. Также договорились принимать во внимание только превышение температуры измерительной ячейки над контрольной в 0,3 К. Аппаратура и материалы Вся аппаратура у нас уже имелась, ничего экстраординарного прикупать не потребовалось: пишущие терморегуляторы типа Термодат, мультиметры, смартфоны, компьютеры, радиометр СРП. Имелись также две ячейки высокого давления, оставшиеся от других тем, начинка от пальчиковых никель-металл-гидридных аккумуляторов и термопары. Из расходных материалов были приобретены: сцинтилляционный 2,5-Дифенилоксазолом на 527 руб.
Итого расходы на материалы — 1819 руб. Газообразный дейтерий и гелий под давлением 100 атм. Поскольку единственным измеряемым параметром являлась разность температур между измерительной и контрольной ячейками, особое внимание уделялось термоизоляции ячеек от окружающей среды и друг от друга. Это достигалось в опытах по Флейшману-Понсу и Арате толстой строительной теплоизоляцией и заливкой щелей строительной пеной. В высокотемпературном опыте Росси использован теплоизолятор из пустотелых кварцевых нитей обшивка шаттла Буран и вентилируемой щелью между измерительной и контрольной ячейками.
Описания экспериментов 0 Прежде всего, мы убедились, что мы в состоянии регистрировать мюоны. Как оказалось, для этого можно использовать фотоаппарат или видеокамеру, например, ноутбука. Мы загрузили программу DECO на смартфоны и, согласно инструкции, заклеили изолентой их видеокамеры. Смартфоны прекрасно регистрировали мюоны, хотя, конечно, в час по чайной ложке ввиду малости объема видеоматрицы. Кроме того, использовался антикварный радиометр СРП-1 в соответствии с последней разработкой MIT во-первых, потому что этот датчик чувствительнее, быстрее и точнее, во-вторых, просто потому что было: Фиг.
Выходной каскад звукового усилителя СРП-1 подключен к звуковому входу нетбука, работавшего в качестве «самописца» для записи количества мюонов. На поверхности земли результаты у всех экспериментаторов были идентичными: при сравнении с данными по фактическому магнитному полю Земли за июль — август 2018 г. Кроме того, известен факт снижения интенсивности потока мюонов в зимнее время из-за взаимодействия их прародителей-пионов с более плотным воздухом. Однако измерения потоков мюонов в июле-августе и в декабре если и отличались, то незначительно, и на результаты экспериментов повлиять по нашему мнению не могли. Измерения в глубине земли показали, естественно, снижение интенсивности потока мюонов фиг 3 , тем не менее, до глубин 100 м мюоны нами фиксировались.
Нам ведь чем больше мюонов — тем лучше, а сколько их — вторая проблема, решаемая, только если будет обнаружен ХЯС. Были опробованы следующие эксперименты: а описание авторского эксперимента Фиг. Изготовлены независимо четыре экспериментальных установки по однотипной схеме: Фиг. Ячейки были изготовлены максимально идентичными геометрически, но в измерительную ячейку заливался электролит на тяжелой воде: раствор 0,1 моля LiOH - в тяжёлой воде. В контрольную ячейку - в одном случае такой же щелочной раствор на обычной дистиллированной воде, а в другом — такой же раствор в дейтерированной воде, но в качестве катода использовалась такая же, как трубка из меш-металла по весу и форме, трубка из химически стойкой нержавеющей стали электрические параметры у всех ячеек совпадали.
Ячейки во всех случаях были размещены в одном цилиндрическом корпусе с хорошей теплоизоляцией и снабжены включенными встречно термопарами, так что на регистрирующем приборе отображалась только разность температур между ячейками. Регистрация разности температур осуществлялась в стационарных условиях с помощью электронных самописцев Термодат разных моделей. Также применялись мультиметры Fluke 189 и Fluke 187 в режиме протоколирования измерений с последующей передачей данных на комп с помощью дополнительного программного обеспечения FlukeView Forms.
Решение, которое нашел Дмитрий, можно назвать радикально новым — но непонятно, насколько оно реально. Несмотря на то, что его новая компания Deneum предпочитает не использовать это название, по сути, она занимается холодным ядерным синтезом. Направлением, которое 29 лет назад взбудоражило научное сообщество — и быстро было признано лженаукой пока такова официальная позиция РАН. Невозможная физика История холодного ядерного синтеза началась 26 апреля 1989 года, когда химики Мартин Флейшман и Стэнли Понс собрали пресс-конференцию в университете штата Юта. Они попытались объявить о революции — по их словам, они добились осуществления ядерной реакции синтеза при комнатной температуре. Что, по законам физики, вроде бы было невозможным. И дело не то чтобы в фундаментальных законах физики, а в том, что для синтеза легких ядер нужно два электрически заряженных ядра приблизить на короткое расстояние, а этому мешает электрическое отталкивание ядра заряжены положительно. Не вижу, как можно было бы преодолеть это отталкивание. В термоядерном синтезе ядра разгоняются до высоких скоростей в токамаках и в Солнце — из-за высокой температуры. А как это сделать в более-менее обычных условиях, не знаю. Известные мне попытки холодного синтеза недостоверны, а иногда и подложны». Отталкивание протонов, которое не позволяет ядрам приблизиться на достаточно близкое расстояние, называется кулоновским барьером — и в термоядерных реакциях преодолеть его позволяет температура в миллионы Кельвинов. В холодном ядерном синтезе этих температур нет — следовательно, непонятно, за счет чего барьер преодолевается. Опровержения Флейшмана и Понса появились достаточно быстро, и, возможно, даже слишком быстро. Сергей Цветков, главный ученый Deneum, писал о том, что выделение тепла в эксперименте ученых начиналось через 40 дней — а первые опровержения появились уже через 30 дней. В любом случае, на сегодняшний день не существует ни одного убедительного эксперимента, который бы однозначно доказывал достоверность результатов Флейшмана и Понса. С этим тезисом могут поспорить ученые, которые занимаются холодным ядерным синтезом, но к их мнению мало кто прислушивается. И после неудачных попыток повторить эксперимент научное сообщество пришло к выводу , что это невозможно.
Как правило, это совпадает с какими-то кризисными явлениями. Сейчас понятно, что с ростом цен на энергоносители. Здесь нужно внимательно подходить, вокруг очень много пиара. Частники, в общем-то, понимают, что есть деньги, то можно попробовать их заложить туда. А вдруг это сработает? Большая часть из них понимает, что, скорее всего, это вложение на далекое будущее. Кто-то ориентируется на внуков, а кто-то верит рекламе». Тем временем корпорация Microsoft подписала в начале мая коммерческий контракт на поставку электроэнергии, произведенной с помощью термоядерного синтеза, с компанией Helion Energy, занимающейся разработкой систем уникальной конфигурации, именуемых Fusion Engine, которые сочетают в себе элементы магнитного удержания и инерционного сжатия. Helion Energy планирует подключить реактор мощностью минимум 50 МВт — это немного, но речь здесь идет, скорее, о самом факте первого в истории коммерческого контракта на получение энергии посредством термоядерного синтеза. Причем речь идет не о соглашении о намерениях, а о настоящем инвестиционном контракте, сумма которого, впрочем, не разглашается, и который предусматривает штрафные санкции в случае его неисполнения к сроку.
Очевидно, что авторы темнят, — прокомментировал сообщения о презентации итальянских исследователей доктор физико-математических наук академик РАН Евгений Александров , член комиссии РАН по борьбе с лженаукой. Дело в том, что ядерный синтез приводит к выделению энергии при слиянии «лёгких» ядер. Границей «легкости» служит ядро железа. Ядра тяжелее железа уже, строго говоря, метастабильны и, в принципе, способны к ядерному распаду с выделением энергии — чем тяжелее ядро, тем у него больше избыточной энергии практически эту энергию удаётся извлекать только в особых случаях очень тяжёлых ядер — уран, плутоний... Так вот: никель тяжелее железа, а потому для его слияния с протоном с образованием меди нужно затратить энергию! С другой стороны, в сообщении говорится о большом энергетическом выходе, который трудно подделать и в каковом факте трудно ошибиться. Поэтому я думаю, что вскоре эта история прояснится».
Что такое Холодный ядерный синтез?
AngryDude666, Термоядерный синтез, это реакция синтеза, а не расщепления. Верифицирован реактор холодного термоядерного синтеза. В термоядерном синтезе ядра разгоняются до высоких скоростей (в токамаках и в Солнце — из-за высокой температуры). С создания компактной термоядерной бомбы в 1953 г. и до 90-х СССР был лидером в этой гонке, а США выступали в роли догоняющего. Новости о горячем синтезе теперь разрешено публиковать, потому что идет коммерциализация холодного синтеза. Холодный ядерный синтез. Поступили новости о том, что американским ученым из Национальной лаборатории Лоуренса удалось повторить термоядерный синтез, высвободив больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции.
Что не так с «японским ученым» и его холодным термоядом
Если весь этот изотоп использовать в термоядерном реакторе, выделится столько же энергии, как при сжигании 300 л бензина. То есть провели реакцию холодного термоядерного синтеза. Холодный ядерный синтез. Поступили новости о том, что американским ученым из Национальной лаборатории Лоуренса удалось повторить термоядерный синтез, высвободив больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции.
Термоядерный синтез вышел на новый уровень: подробности
Российские физики рассказали о приручении термоядерного синтеза Российские физики рассказали о приручении термоядерного синтеза Поделиться В мире до сих пор нет работающего термоядерного реактора. Это все равно что создать аналог Солнца на Земле, запустив в нем такие же реакции, но в миниатюре, и при этом абсолютно управляемые. О том, каких успехов добились ученые ко второму десятилетию XXI века, есть ли будущее у огромного «бублика» — Международного экспериментального термоядерного реактора — токамака ITER, мы узнали, поговорив с российскими физиками-ядерщиками. В связи с этим хотелось бы понять, на какие типы реакторов сейчас делают ставку ученые во всем мире и в России. В отличие от ядерной энергетики, которую человечество «приручило» для мирных целей всего через пять лет после создания и испытания ядерной бомбы, термояд — аналог солнечных реакций — оказался не так прост. Со времени взрыва первой водородной термоядерной бомбы в 1953 году прошло уже 68! Не получается у людей «зажечь» свое земное «солнце», чтобы питало бесплатной энергетикой весь мир. Ходят, конечно, разговоры, что это просто невыгодно нефтяным магнатам — вот термоядерные технологии и не продвигаются вперед.
Но отбросим конспирологию. Тем более что ископаемых запасов углеводородов осталось менее чем на полвека, а потому, как ни крути, надо доводить до ума мирный атом. Как объединить необъединяемое Если в ядерных реакциях ядрам урана, плутония, тория выгодней распадаться для запуска цепной взрывной реакции, то при термоядерном варианте, наоборот, балом правит реакция объединения легких ядер изотопов водорода, гелия и бора. Зачем нам вообще понадобилась термоядерная энергия, если у нас есть уже атомные станции, работающие на принципе распада ядерного вещества? Во-первых, термоядерный синтез более безопасный, во-вторых, перспективный — на земле неисчерпаемые запасы дейтерия, который можно бесконечно добывать в Мировом океане. Классическая термоядерная реакция происходит следующим образом: берется ядро дейтерия изотоп водорода, состоящий из 1 протона и 1 нейтрона и ядро трития 1 протон и 2 нейтрона. Оба положительно заряжены и друг от друга, естественно, отталкиваются.
Но физики народ упрямый — им надо во что бы то ни стало их объединить, принудительно разогнать до сверхскоростей при высочайшей температуре и сблизить настолько, чтобы было преодолено электростатическое отталкивание. Тогда и возникнет ядерная реакция с выделением энергии. Атомы трития и дейтерия ионизируются и образуют плазму, которую до определенного времени нужно поддерживать в активном состоянии при очень высоких температурах, измеряемых в сотнях миллионов градусов, а в идеале прийти к тому, что реакция будет энергетически поддерживать саму себя. Цель — получить «положительный выход», чтобы выделившейся энергии в итоге оказалось больше, чем вы получили от розетки на разогрев той самой плазмы. Реактор должен дать больше, чем взял. И этого до сих пор, за десятки лет работы ядерщиков, не достиг еще никто ни в одной стране мира. Токамак или дырка от бублика?
Ученые постоянно находятся в поиске. Возьмем, к примеру, изобретенный в России самый традиционный способ получения плазмы — в устройстве под названием токамак тороидальная, или бубликообразная, камера с магнитными катушками. Кстати, слово «токамак» — это один из немногих русизмов, уже вошедший в обиход ученых всего мира. Плазма в этом реакторе удерживается в торе магнитным полем, не контактируя с материальной стенкой. По принципу токамака с начала 90-х годов прошлого века создается самый большой термоядерный реактор в мире — IТER.
Люди умеют это делать, причем довольно успешно. Именно это происходит в водородной бомбе, где разогрев происходит за счет традиционного ядерного взрыва. Результат — термоядерный взрыв великой силы. Но конструктивно использовать энергию термоядерного взрыва не очень удобно. Поэтому ученые многих стран уже более 60 лет пытаются обуздать эту реакцию и сделать ее управляемой. К сегодняшнему дню управлять реакцией уже научились например, в ITER, удерживая горячую плазму электромагнитными полями , но на управление тратится примерно столько же энергии, сколько выделяется при синтезе. А теперь представим, что есть способ запустить ту же реакцию, но при комнатной температуре. Это было бы настоящей революцией в энергетике. Жизнь человечества изменилась бы до неузнаваемости. В 1989 году Стэнли Понс Stanley Pons и Мартин Флейшман Martin Fleischmann из Университета Юты опубликовали статью, в которой утверждали, что наблюдают ядерный синтез при комнатной температуре.
Подробности были опубликованы в журнале. Преодоление предела Гринвальда Теоретический предел, определяющий максимальную плотность плазмы, достижимую в реакторе токамак, известен как "предел Гринвальда". При превышении этого предела плазма может стать нестабильной, и некоторые заряженные частицы могут выйти из-под контроля ограничивающих их магнитных полей. Другими словами, превышение этой плотности чревато разрушением стенок реактора. Команда вводила дейтерий, чтобы замедлить термоядерную реакцию и контролировать ее поведение. Несмотря на то, что это время было коротким, оно уже показывает, что более плотная плазма может быть управляемой в токамаке. Исследователи использовали метрику под названием H98 y, 2 для оценки эффективности, с которой реактор токамака удерживает плазму.
Что такое токамак с реакторными технологиями? Где уже сейчас способны зажечь мини-Солнце на Земле? На эти и другие вопросы в День работника атомной промышленности отвечает директор направления научно-технических исследований и разработок госкорпорации "Росатом", вице-председатель международного Совета ИТЭР, член-корреспондент РАН Виктор Ильгисонис. Фото: ГК "Росатом" К словам "Росатом" - корпорация знаний" успели привыкнуть не только поклонники известной ТВ-программы, но и те, кто предпочитает телеэкрану смартфон или ноутбук. С историей Атомного проекта понятно. А что сегодня определяет передний край науки в отрасли? Виктор Ильгисонис: Если кратко - то значение для страны и экономическая эффективность. Критерием служит потребность страны в решении конкретной проблемы, чтобы сосредоточить на ней мощь "Росатома" - техническую и интеллектуальную. Но браться стоит только за высокотехнологичные и наукоемкие направления. Наши профессиональные компетенции слишком дороги, чтобы расходовать их на обычные бизнесы, как бы прибыльны они ни были. Одно из таких направлений - термоядерные исследования и плазменные технологии. Это третий федеральный проект внутри РТТН - комплексной программы развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии. Он третий по важности, срочности, ожиданиям? Виктор Ильгисонис: Он просто один из пяти, по порядку. Не следует придавать нумерации какое-либо значение. Но если говорить о числе вовлеченных в проект организаций вне контура "Росатома", то термоядерный проект - однозначно первый. Его масштабность, широта охвата, многообразие ожидаемых результатов и их применений в значительной степени обусловили причисление всей программы РТТН к числу национальных проектов. Самой дорогостоящей частью "термоядерного" федерального проекта, как и всей программы РТТН, принято считать модернизацию существующей инфраструктуры и создание новых экспериментальных установок. Что тут в приоритетах? Где и на каких площадках уже ведутся такие работы? Виктор Ильгисонис: В действующей версии программы главный приоритет - это вывод на рабочие режимы токамака Т-15МД в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", который должен быть оснащен различными системами дополнительного нагрева плазмы, диагностики, сбора и обработки данных, генерации тока и другими современными элементами. Осуществляются поддержка и развитие экспериментальной базы термоядерных исследований на площадках Физико-технического института имени Иоффе в Санкт-Петербурге, Института ядерной физики имени Будкера в Новосибирске, Национального исследовательского ядерного университета МИФИ в Москве.
Выбор сделан - токамак плюс
Что подпитывает шумиху вокруг коммерческого термоядерного синтеза? Управляемый термоядерный синтез — голубая мечта физиков и энергетических компаний, которую они лелеют не одно десятилетие. Helion Energy планирует подключить реактор мощностью минимум 50 МВт — это немного, но речь здесь идет, скорее, о самом факте первого в истории коммерческого контракта на получение энергии посредством термоядерного синтеза. «Между холодным синтезом и уважаемой наукой нет практически никакой связи, потому что «холодные синтезаторы» видят себя как сообщество в осаде и не поощряют внутреннюю критику.
Мегаджоули управляемого термоядерного синтеза
Из расходных материалов были приобретены: сцинтилляционный 2,5-Дифенилоксазолом на 527 руб. Итого расходы на материалы — 1819 руб. Газообразный дейтерий и гелий под давлением 100 атм. Поскольку единственным измеряемым параметром являлась разность температур между измерительной и контрольной ячейками, особое внимание уделялось термоизоляции ячеек от окружающей среды и друг от друга. Это достигалось в опытах по Флейшману-Понсу и Арате толстой строительной теплоизоляцией и заливкой щелей строительной пеной. В высокотемпературном опыте Росси использован теплоизолятор из пустотелых кварцевых нитей обшивка шаттла Буран и вентилируемой щелью между измерительной и контрольной ячейками. Описания экспериментов 0 Прежде всего, мы убедились, что мы в состоянии регистрировать мюоны. Как оказалось, для этого можно использовать фотоаппарат или видеокамеру, например, ноутбука. Мы загрузили программу DECO на смартфоны и, согласно инструкции, заклеили изолентой их видеокамеры. Смартфоны прекрасно регистрировали мюоны, хотя, конечно, в час по чайной ложке ввиду малости объема видеоматрицы.
Кроме того, использовался антикварный радиометр СРП-1 в соответствии с последней разработкой MIT во-первых, потому что этот датчик чувствительнее, быстрее и точнее, во-вторых, просто потому что было: Фиг. Выходной каскад звукового усилителя СРП-1 подключен к звуковому входу нетбука, работавшего в качестве «самописца» для записи количества мюонов. На поверхности земли результаты у всех экспериментаторов были идентичными: при сравнении с данными по фактическому магнитному полю Земли за июль — август 2018 г. Кроме того, известен факт снижения интенсивности потока мюонов в зимнее время из-за взаимодействия их прародителей-пионов с более плотным воздухом. Однако измерения потоков мюонов в июле-августе и в декабре если и отличались, то незначительно, и на результаты экспериментов повлиять по нашему мнению не могли. Измерения в глубине земли показали, естественно, снижение интенсивности потока мюонов фиг 3 , тем не менее, до глубин 100 м мюоны нами фиксировались. Нам ведь чем больше мюонов — тем лучше, а сколько их — вторая проблема, решаемая, только если будет обнаружен ХЯС. Были опробованы следующие эксперименты: а описание авторского эксперимента Фиг. Изготовлены независимо четыре экспериментальных установки по однотипной схеме: Фиг.
Ячейки были изготовлены максимально идентичными геометрически, но в измерительную ячейку заливался электролит на тяжелой воде: раствор 0,1 моля LiOH - в тяжёлой воде. В контрольную ячейку - в одном случае такой же щелочной раствор на обычной дистиллированной воде, а в другом — такой же раствор в дейтерированной воде, но в качестве катода использовалась такая же, как трубка из меш-металла по весу и форме, трубка из химически стойкой нержавеющей стали электрические параметры у всех ячеек совпадали. Ячейки во всех случаях были размещены в одном цилиндрическом корпусе с хорошей теплоизоляцией и снабжены включенными встречно термопарами, так что на регистрирующем приборе отображалась только разность температур между ячейками. Регистрация разности температур осуществлялась в стационарных условиях с помощью электронных самописцев Термодат разных моделей. Также применялись мультиметры Fluke 189 и Fluke 187 в режиме протоколирования измерений с последующей передачей данных на комп с помощью дополнительного программного обеспечения FlukeView Forms. Результаты приведены в таблице 1. Есть только сумбурные и противоречащие друг другу устные описания от самого Росси и псевдо подробный патент US20140326711 A1. Однако, при всем при этом, его опыт неоднократно воспроизводился и вот самый простой и успешный аналог: Фиг. Сначала реактор нагревается с помощью внешнего источника энергии, но при достижении определенной температуры реакция ХЯС должна начать производить избыточное тепло.
За 90 минут работы реактор произвел сверх потребленной электроэнергии около 3МДж или 0,83 кВт-часа энергии. Это сравнимо с энергией, выделяемой при сгорании 70 г бензина. При этом уровень ионизирующих излучений радиации во время работы реактора не превысил фоновые показатели. Основная польза этого эксперимента состоит в установлении факта, что нет опасной радиации. Можно смело экспериментировать и не заморачиваться счетчиками нейтронов. Реактор представляет собой простейшее устройство: два керамических стаканчика с последовательно включенными нагревателями одинакового омического сопротивления.
За время меньшее 100 триллионных долей секунды шарик принял на себя 2,05 МДж энергии и выдал поток нейтронов, порождённых синтезом, унесших с собой 3 МДж энергии — в полтора раза больше, чем было потрачено. В результате был преодолён порог «зажигания», как называют его учёные — когда энергия, произведённая синтезом, превысила энергию запустивших реакцию лазеров. О первых успехах учёные отчитались в 2014-м, однако производимая тогда реакцией энергия была крохотной — примерно столько потребляет 60-ваттная лампочка за пять минут.
На коммерциализацию и широкое распространение данной технологии могут уйти десятилетия — так сказала Кимберли Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории.
Силы, удерживающие систему в балансе, как раз и являются объектом изучения ядерных физиков. При этом существуют два принципиально разных подхода к высвобождению скрытой энергии: Атомная энергетика. Здесь за основу берется тяжелый элемент как правило, уран или плутоний , который расщепляется на составляющие с выделением энергии. То есть ключевой процесс — распад ядра.
Первая в мире атомная электростанция была запущена еще в 1954 году — ей стала Обнинская АЭС в Калужской области. Человечество хорошо освоило расщепление, хотя проблемы пока остаются. Управляемый термоядерный синтез УТС. В термоядерном синтезе используется обратный принцип: вместо расщепления тяжелых элементов соединяются синтезируются легкие — водород и гелий. Точно такие же процессы протекают в центре звезд.
Синтез сопровождается выделением огромного количества энергии, но чтобы он осуществился, требуются уникальные условия. Почему же ученые так упорно ищут подходы к УТС, когда у них уже есть атомная энергетика? Потому что у термоядерного синтеза есть главное неоспоримое преимущество — близкая к идеалу теоретическая энергоэффективность.
От этого результата до электростанций, работающих на реакциях термоядерного синтеза, — дистанция огромного размера». Вот и директор LLNL Ким Будил считает, что еще предстоит преодолеть «значительные препятствия» в отношении технологии термоядерного синтеза, прежде чем ее можно будет использовать в глобальных масштабах — или для начала в любом масштабе, если уж на то пошло. Такой процесс может занять годы или даже еще несколько десятилетий. Прежде всего NIF — это неимоверной сложности установка. Например, накопители конденсаторы для питания лазеров — это целое футбольное поле. Во-вторых, сейчас уже вполне отработана технология реакторов на быстрых нейтронах.
Уран, который эти реакторы позволяют вовлечь в ядерно-топливный цикл, дешевый, его много. В общем, физика процесса — интересная: исследование свойств веществ при сверхвысоких давлениях и сверхвысоких температурах. Пусть занимаются. Повторяю, это очень интересная физика. Но коммерческое использование этого достижения — не раньше, чем через несколько десятилетий. Как шутят сами физики, занимающиеся термоядом, через 50 лет или, может быть, на два дня раньше». Действительно, заявления типа «Ученые США впервые в мире смогли получить от термоядерного синтеза больше энергии, чем на него потратили», «Научные прорывы в этой сфере позволят человечеству в будущем полностью отказаться от ископаемого топлива» существенно переоценивают значение эксперимента на установке NIF. Да, полученной «сверхнормативной» энергии хватит, чтобы вскипятить 10—15 чайников. Но журнал Nature напоминает: на работу всей установки потратили 322 МДж; лазеры выдали мощность на топливо, равную 2,05 МДж; конечная реакция произвела 3,15 МДж.
Но с точки зрения промышленности все остается на своих местах: потратили 322, получили 3,15», — резюмируют сотрудники Московского инженерно-физического института в Telegram-канале «Эвтектика из МИФИ». Но в этой гонке принципов — токамаки vs инерциальный термояд — как-то оказался отодвинутым на периферию научного и государственного, что важно! Этот сценарий, как бы, зеркально противоположен лазерному термояду. Если в реакторе NIF происходит внешнее обжатие капли термоядерного топлива, то в пузырьковом варианте, наоборот, нейтроны рождаются в результате экстремального схлопывания газовых пузырьков. Любопытно, что теоретическую схему этого процесса предложил как раз академик Роберт Нигматулин в середине 1990-х. По крайней мере в 1995 году он уже выступал с докладом «Перспективы пузырькового термояда» на научной конференции в США. Несколько американских физиков заинтересовались теоретическими выкладками российского ученого, и начались «камерные» лабораторные эксперименты.
В защиту холодного ядерного синтеза (ХЯС)
Однако, при всей невероятности и даже сомнительности холодного термоядерного синтеза, нельзя прятать голову в песок. Реакции термоядерного синтеза не выделяют ни углерода, ни радиоактивных отходов с долгим периодом полураспада, а небольшая чашка водородного топлива теоретически может питать дом в течение сотен лет. Холодный ядерный синтез. Поступили новости о том, что американским ученым из Национальной лаборатории Лоуренса удалось повторить термоядерный синтез, высвободив больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции. Термоядерный синтез – очень сложная и очень дорогая технология. объяснения поддерживали в новостях то, что называлось "холодным термоядерным синтезом" или "путаницей термоядерного синтеза".[32.
Холодный синтез: самое известное физическое мошенничество
| Учёным удалось получить полезную энергию в термоядерной реакции / Хабр | У России появился шанс вновь стать лидером в освоении термоядерного синтеза. |
| Термоядерная мощь: насколько люди близки к созданию неисчерпаемого источника энергии | Лабораторный реактор холодного термоядерного синтеза. |
| Холодный синтез. Миф или лженаука? | Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием, и спустя множество десятилетий работы его удалось воплотить в лабораторных условиях. |