Плазменный пиролиз, по мнению разработчиков, поможет сделать переработку тяжелой нефти более экономичной и экологически чистой. Развитие теории магнитного удержания плазмы (Magnetic Fusion Confinement, или MFE) в реакторе прошло три этапа. Этот реактор использует магнитные поля от сверхпроводящих катушек для удержания ионизированного газа в вакуумной камере в форме пончика, с целью стимулирования слияния. Это решение вероятно станет первым в мире термоядерным реактором у которого "получится" удерживать плазму на постоянной основе. Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля.
Эра термоядерного синтеза
Можно проводить испытания на радиационную стойкость элементов детектирующих систем. Импульсное излучение часто повреждает электронику. Такие испытания необходимы, например, при разработке бортовой аппаратуры космических аппаратов, элементной базы радиоэлектроники. Также можно исследовать воздействие импульсного излучения разного типа на биологические объекты, выполнять нейтронно-активационный анализ вещества. Это многотонные громадины со множеством управляющих систем.
Именно это направление сейчас является наиболее развитым. Аналогичную идею удержания плазмы в закрытых системах высказал Лайман Спитцер в 1951 году, который предложил создавать дополнительное магнитное поле не током, протекающим по плазме, а внешними магнитными катушками достаточно сложной формы. Подобные системы называются стеллараторами от лат. По проекту первая плазма на данной установке будет получена в 2025 году, а к 2035 году токамак должен будет экспериментально продемонстрировать физическую возможность получения энергетически эффективной термоядерной реакции в квазистационарном режиме.
Будкером был предложен иной способ удержания плазмы во внешнем магнитном поле такой же способ удержания, независимо от Г. Будкера, был выдвинут Р. Заряженные частицы в магнитном поле движутся по окружности, центр которой смещается вдоль силовых линий если имеется ненулевая скорость частицы в направлении вдоль силовой линии , соответственно они обладают ненулевым моментом импульса. Как известно из курса механики, в замкнутых системах существует закон сохранения момента импульса, который проявляется в том, что если вы попытаетесь наклонить вращающееся тело, то возникнет возвращающая сила, именуемая гироскопической. Именно этот закон сохранения обеспечивает вашу устойчивость при движении на двухколёсном велосипеде. То же самое справедливо и для движущихся заряженных частиц: если происходит искривление силовой линии магнитного поля магнитное поле меняется по длине установки , то на частицу неизбежно начинает действовать сила, которая будет возвращать частицу в исходное положение, и если эта сила больше некоторого значения, то частица от такого «искривления силовой линии» отразится в противоположную сторону, как от зеркала поэтому в иностранной литературе установки, реализующие данный принцип, называются магнитными зеркалами, в русскоязычной нотации — пробкотрон. Однозначно говорить о «преимуществах» или «недостатках» одной системы над другой кажется не совсем корректно, — это две разные концепции, которые преследуют одну и ту же цель. Однако можно отметить принципиальные отличия.
Во-первых, в открытых ловушках более эффективно используется магнитное поле, удерживающее плазму. Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля. Закрытые системы устроены так, что для устойчивого удержания давление плазмы может составлять только малую долю от давления магнитного поля установки. В открытых же, наоборот, можно удерживать очень плотную плазму. Кроме того, они «видятся» проще в инженерном плане если для термоядерного синтеза в принципе можно говорить о простоте конструкции. Магнитная система состоит из простых катушек, поэтому установка может состоять из отдельных модулей, что делает её конструкцию более дешёвой и лёгкой в сборке, а её ремонт в случае выхода из строя отдельного модуля может быть выполнен гораздо быстрее. С другой стороны, в отличие от ловушек закрытого типа, в открытых ловушках силовые линии магнитного поля пересекают торцевые поверхности плазмы, что приводит к большим потерям частиц из системы. Требуется прилагать дополнительные усилия для того, чтобы ограничить вытекание плазмы из ловушки вдоль магнитного поля.
И даже постараться вставить две собственные фотки. А я понимаю, что это не просто. Ох как не просто...
Один мой приятель позвонил мне по этому поводу и стал ругаться. Типа: «Ну зачем все так сложно? Может тебе еще и размер ботинок написать?!
Заходи и читай.
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.
Серьезные "задельные" работы по развитию инфраструктуры, ориентированные на следующий до 2030 года этап реализации федерального проекта, ведутся в научном центре ТРИНИТИ в Троицке. Год назад вы говорили о 110 контрольных точках по этому проекту, на 2023-й их в полтора раза больше. Как продвигаетесь по маршруту и что требует особого внимания?
Виктор Ильгисонис: Движемся по плану, скрупулезно выполняя намеченное. Трудности, конечно, есть. Серьезный момент - заметное удорожание любого строительства в связи с известными причинами.
Это может привести к смещению графика завершения строек на следующий этап проекта и к "заморозке" сооружения новых запланированных объектов. Чтобы этого избежать и обеспечить полноценное продление РТТН на период до 2030 года, как это определено Указом Президента Российской Федерации, абсолютно необходима поддержка правительства, всех вовлеченных в процесс федеральных органов исполнительной власти.
Как плазменные технологии помогут ускорить развитие ядерных реакторов
В 2021 году на японском реакторе произошло короткое замыкание в катушке сверхпроводящего магнита. Одним из основных препятствий является успешное управление нестабильной и перегретой плазмой в реакторе, но новый подход показывает, как мы можем это сделать. Плазменный двигатель — разновидность электрического ракетного двигателя (ЭРД), расходуемое вещество которого получает ускорение в состоянии плазмы. В настоящее время уже существуют различные проекты гибридных реакторов, в которых плазменным источником нейтронов служит токамак. Термоядерный реактор основан на реакции синтеза изотопов водорода, поэтому он гораздо более экологичный и безопасный по сравнению с существующими атомными реакторами.
В России запущена уникальная плазменная установка
Там происходят реакции термоядерного синтеза. В этот момент камера становится источником излучения, а когда напряжение с электродов снимается, газ возвращается в нормальное состояние и реакции синтеза уже не происходят. Можно проводить испытания на радиационную стойкость элементов детектирующих систем. Импульсное излучение часто повреждает электронику. Такие испытания необходимы, например, при разработке бортовой аппаратуры космических аппаратов, элементной базы радиоэлектроники.
Таким образом, для поддержания ядерных термоядерных реакций, которые включают поддержание стабильной температуры плазмы в сотни миллионов градусов по Цельсию, более горячей, чем даже ядро Солнца, необходимы сложные многослойные системы для управления катушками. Однако в новом исследовании исследователи показывают, что система ИИ может сама контролировать выполнение задачи. Исследователи обучили свою систему искусственного интеллекта на симуляторе токамака, в котором система путем проб и ошибок обнаружила, как справляться со сложностями магнитного удержания плазмы. После своего тренировочного окна ИИ перешел на следующий уровень — применяя в реальном мире то, чему он научился в симуляторе.
Каждое из этих проявлений обладает разным потенциалом для сбора энергии в будущем, если мы сможем поддерживать реакции ядерного синтеза. По словам исследователей, магнитное мастерство этих плазменных образований представляет собой «одну из самых сложных систем реального мира, к которым применялось обучение с подкреплением», и может установить радикально новое направление в разработке реальных токамаков. О результатах сообщается в Nature.
На российском токамаке Т-15МД получена первая термоядерная плазма Токамак Т-15МД — первая за последние 20 лет новая термоядерная установка, построенная в России Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД это модифицированная версия комплекса Т-15, работавшего в Курчатовском институте с конца 1980-х годов. Запуск токамака Т-15МД. Он [токамак] с первого момента запустился.
Самая грандиозная научная стройка современности. Как во Франции строят термоядерный реактор ITER
Дейтерий и тритий помещаются в камеру реактора и разогревается до температуры в миллионы градусов после чего происходит термоядерная реакция с выделением огромного количества энергии, с помощью которой вырабатывается электричество. Главная проблема этого с виду несложного процесса, в том, что удержать разогретую до миллионов градусов субстанцию не способно ни одно вещество во вселенной и в большинстве установок это делают с помощью магнитного моля неимоверной мощности. При этом, плазма должна быть идеально чистой и свободной от каких либо примесей иначе она мгновенно разрушается. Рекорд удержания высокотемпературной плазмы на сегодня составляет немногим больше ста секунд. За это время плазменный шнур успевает загрязниться посторонними частицами, в результате чего разрушается. Классическая термоядерная реакция может приносить энергию лишь при соблюдении критерия Лоусона, который определяется плотностью, температурой плазмы и временем удержания.
Также можно исследовать воздействие импульсного излучения разного типа на биологические объекты, выполнять нейтронно-активационный анализ вещества. Это многотонные громадины со множеством управляющих систем. Наша установка весит всего 150 кг, перемещать ее могут два подготовленных инженера. Решения, положенные в основу генератора, позволили добиться рекордных показателей выхода нейтронов и эффективности генерации. Блок излучателя выдает суперкороткий импульс 15 нс, выход нейтронов при этом составляет до 107.
И далее десять лет эксплуатации, скорее всего, [она будет длиться] до 2040 года. А уже после мы, китайцы, европейцы, американцы, японцы, Южная Корея планируем строить демореактор. В нём не только будет генерироваться термоядерная мощность, но ещё и будут технологии по переработке с термоядерной мощности в электричество, тепловую и так далее", — сказал Красильников на Международном форуме-диалоге "Наука за мир и развитие".
Но потенциальные отходы будут обрабатываться, упаковываться и храниться прямо на месте, а период полураспада большинства радиоизотопов, содержащихся в этих отходах, составит менее 10 лет. Таким образом, в течение 100 лет радиоактивность материалов уменьшится настолько, что их можно будет переработать и в дальнейшем использовать на других термоядерных установках. ИТЭР находится в области с умеренной сейсмической активностью, однако строится из специально армированного бетона и опирается на плиты, рассчитанные на землетрясения; сейсмические датчики вокруг площадки контролируют даже незначительную сейсмическую активность. В дизайн проекта ИТЭР заложены несколько защитных барьеров: корректный выбор надежных современных материалов поможет минимизировать количество отходов будущих термоядерных реакторов; системы активного плазменного отключения, быстрого разряда и отвода тепла, а также сейсмический контроль не допустят аварии; специальная система вентиляции и пониженное давление в здании реактора предотвратят утечку трития и распространение радиоактивной пыли за пределы здания. Академик Арцимович говорил: как только приспичит человечеству, тут же термояд и сделают. Пока, значит, не приспичило. Мой ответ другой: в 2054 году. В 1954 году запустили первую АЭС, а мы любим отмечать юбилеи с размахом. Термоядерная энергетическая установка будет более безопасной, чем современные ядерные, — нет критмассы. Но хватает своих проблем. Скорее всего, не будет сразу чистого термояда, вначале плазменные термоядерные установки используют как внешний источник нейтронов, который будет нарабатывать топливо из 238U или тория. Эта технология должна быть разработана с учетом современных требований к безопасности ядерных объектов. DEMO: перспективы Если проект ИТЭР покажет перспективные рабочие показатели по достижению, а главное — удержанию «чистой» плазмы, следующим этапом на пути к термоядерному будущему станет строительство промышленного демонстрационного реактора DEMO с запланированной мощностью всей станции около 3 ГВт. DEMO позволит распахнуть двери в мир промышленной и коммерческой эксплуатации термоядерной энергии. Скептики продолжают задаваться вопросом: а стоит ли овчинка выделки? Очевидно, что вложения и затраты на электроэнергию термоядерных электростанций будут значительно выше вложений в существующие АЭС — несмотря на то что стоимость топлива будет минимальной. Причина — высокая стоимость замены поврежденных ядерных компонентов. Тепловая и нейтронная нагрузки ядерных компонентов будут настолько сильными, что срок службы некоторых ядерных элементов можно будет оценить от 4,5 до 10,5 лет — значительно короче срока службы типичной АЭС 40 лет. В начальный период эксплуатации это приведет к тому, что цена электроэнергии от термоядерных электростанций будет сопоставима с ценой электроэнергии от солнечных и ветряных станций. При этом производство электроэнергии высокой мощности не будет зависеть от времени года или погоды, и не нужно будет поддерживать резервные ископаемые ресурсы. Для выработки электроэнергии от коммерческого термоядерного синтеза электростанция должна быть проще и бюджетнее, чем ИТЭР. Дизайн компании основан на конфигурации с обратной поляризацией, сочетающей особенности основных термоядерных концепций. В отличие от других устройств термоядерного синтеза, таких как токамак, обратная поляризация обеспечивает топологию магнитного поля, при которой осевое поле внутри реактора изменяется вихревыми токами в плазме. Корпорация EMC2 Inc. Финансирование проекта по термояду должно отражать эти и иные альтернативные ноу-хау. В целом у термоядерных проектов неплохие шансы стать самым чистым и доступным источником энергии, учитывая неисчерпаемое и дешевое топливо, ядерную безопасность и минимальное воздействие на окружающую среду. Гибридный синтез Пока ведутся дискуссии на тему: быть термояду или нет — звучат предложения рассмотреть вариант гибридной установки, которая может стать разумным компромиссом. Идея не нова, она обсуждалась еще на заре освоения ядерных технологий, но после серьезных аварий от нее отказались в пользу развития «чистой» энергии от термоядерного синтеза без нарабатываемых делящихся материалов.
Выбор сделан - токамак плюс
Плазменный физический реактор – сложное оборудование, обеспечивающее нормальное выполнение химической реакции. Указ об этом подписал президент Владимир Путин Федеральный проект "Термоядерные и плазменные технологии". В рамках эксперимента внутри реактора плазму разогрели до 50 миллионов градусов Цельсия. Исследователи использовали метрику под названием H98 (y, 2) для оценки эффективности, с которой реактор токамака удерживает плазму. Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. Кубок Жизни 1, CO2, CuO2, CH3, ZnO, MgO.
Россия отправила во Францию катушку для получения плазмы в термоядерном реакторе
Указ об этом подписал президент Владимир Путин Федеральный проект "Термоядерные и плазменные технологии". Почти год назад корейский термоядерный реактор KSTAR побил рекорд температуры удерживаемой плазмы. Собираем плазменные реакторы Кеше. Изготавливаем Тензорные кольца, гармонизаторы и нановосьмерки. Результаты данной работы позволят внедрить российские реакторы в создаваемые новые линии производства чипов в России. Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит. Первая плазма в Международном экспериментальном термоядерном реакторе будет получена в 2025-2026 годах.
Физики разработали гибридный реактор на основе плазменной открытой ловушки
| В России запущена уникальная плазменная установка | Новости электротехники | Элек.ру | Хотя плазма удерживается и сжимается при помощи магнитного поля, её потоки всё равно могут соприкасаться со стенкой реактора. |
| Самая грандиозная научная стройка современности. Мы закуем Солнце в «бублик» | Компания «АЭМ-Спецсталь» (машиностроительный дивизион Росатома) приступила к ковке партии заготовок для корпуса реактора первого энергоблока АЭС «Пакш-2». |
| Простой способ наполнить свою жизнь здоровьем. Плазменный реактор молодости. Артём Шабанов | В 2021 году на японском реакторе произошло короткое замыкание в катушке сверхпроводящего магнита. |
| Компактный реактор установил рекорд по нагреву плазмы | Кубок Жизни 1, CO2, CuO2, CH3, ZnO, MgO. |
Петербургские инженеры испытывают детали для экспериментального термоядерного реактора
Личным рекордом по длительному удержанию разогретой плазмы может похвастаться термоядерный реактор под названием Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST. Дело в том, что давление плазмы в термоядерном реакторе уравновешивается давлением удерживающего магнитного поля. В частности, будут исследованы механизмы взаимодействия плазменных потоков и характеристики нейтронного излучения реакции DD-синтеза. В традиционных конструкциях эта схема разделяет лазерный луч на два потока, один из которых огибает плазму в реакторе, а другой проходит сквозь нее. Учёные из МЭИ создали мощнейшею плазменную установку для проверки прочности облицовки термоядерного реактора. После первого запуска британский термоядерный реактор выпустил расплавленную массу заряженного газа.
#Плазменный_реактор_Мехрана_Кеше.День №3 Отслоился #нано_слой_плазма_стала_четкой
Эти катушки генерируют магнитное поле, которое формирует плазму в тор. В 1950-х годах считалось, что MFE можно достичь относительно легко. Шла настоящая гонка: кто первым создаст подходящую установку. К концу 1950-х годов стало ясно, что турбулентность и нестабильность в плазме — серьезные проблемы. В 1968 году советская команда изобрела токамак, который показал производительность в 10 раз выше, чем альтернативные способы.
Курчатова под руководством академика Льва Арцимовича. С тех пор считается наиболее перспективной идея токамаков с магнитным плазменным удержанием. Однако есть и другая концепция термоядерного синтеза — инициирование цепных реакций внутри реактора путем нагревания и сжатия топливной мишени с помощью мощного лазерного излучения так называемый инерционный синтез. Применяются мощные лазеры для того, чтобы зажечь небольшую мишень — ампулу, содержащую топливо, и быстро менее чем за одну миллиардную долю секунды достичь условий термоядерного синтеза.
Лазер используется для генерации импульса инфракрасного света, который длится несколько миллиардных долей секунды с миллиардными долями джоуля энергии. У этой технологии есть свои подводные камни. Лазеры с высоким КПД должны интенсивно, а главное — однородно облучать мишени; при этом важны сверхточная фокусировка лазеров, скрупулезное соблюдение размеров мишеней, их строго сферическая форма. Несколько ампул за секунду должны быть загружены в реактор с фиксированным положением по центру — это особенно сложно осуществить, учитывая масштабы реактора.
Самая крупная экспериментальная установка, работающая по принципу инерционного синтеза, — это Национальный центр зажигания National Ignition Facility , расположенный в США, в Ливерморской национальной лаборатории им. NIF — самая мощная лазерная система в мире, насчитывающая 192 лазерных пучка. Принцип работы тот же, но в LMJ 176 лазерных луча. ТОП-7 событий в области термояда в 2018 году: В марте специалисты отдела оптики низкотемпературной плазмы ФИАН представили систему контроля концентрации водяного пара в плазме, которая обеспечит безопасность водяной системы охлаждения термоядерного реактора.
В апреле ученые Института ядерной физики им. Будкера представили технологию, позволяющую в реальном времени наблюдать поведение конструкционных материалов при термоядерном синтезе. В июле американская Lockheed Martin запатентовала дизайн компактного реактора CFR, прототипы которого были представлены еще в 2017 году. В августе в Оксфордском университете запущена импульсная установка FLF.
В сентябре специалисты Токийского университета представили устройство для создания магнитного поля с полностью контролируемыми параметрами, причем магнитное поле экспериментально удается продержать 100 мкс — это абсолютный рекорд. В декабре исследователи из Управления по атомной энергии Великобритании сообщили о создании уникальной системы для охлаждения плазмы в токамаке охлаждение — одна из ключевых проблем в токамаках. Международный проект ИТЭР International Thermonuclear Experimental Reactor ITER — самый крупный в мире токамак, сложнейшая термоядерная экспериментальная машина, призванная продемонстрировать осуществимость технологий термоядерного синтеза и доказать, что термоядерная реакция может быть управляемой. Идея ИТЭР состоит в том, чтобы на выходе вырабатывать в 10 раз больше энергии, чем на входе.
Основан проект ИТЭР на российской концепции токамака с магнитным удержанием плазмы. Строительные работы ИТЭР официально начались в октябре 2007 года, после ратификации cоглашения о проекте всеми сторонами. Стройка развернулась в Кадараше, на юге Франции.
Проект является продолжением научной работы академика А. Сахарова, который предложил использовать магнитное поле для удержания плазмы с целью достижения управляемого термоядерного синтеза.
Сейчас учёные продвигаются в решении различных проблем и технических вопросов, связанных с разработкой будущего термоядерного реактора.
С платформы, которая установлена над вакуумной камерой, хорошо виден элемент дивертора — узла, который в будущей термоядерной установке будет отвечать за очистку плазмы от ненужных примесей. По команде деталь медленно задвигается в камеру. Как только огромная, как бы уложенная на бок кастрюля оказывается закупоренной, внутри начинается электронная бомбардировка. Она должна показать, выдержит или нет элемент температуру плазмы в 30 миллионов градусов. Андрей Володин, ведущий инженер лаборатории АЛ-6 : «Мы в качестве источника тепловой нагрузки используем пучок электронов, которые генерирует электронно-лучевая установка. Эти электроны под действием ускоряющего напряжения с большой энергией врезаются в поверхность прототипа и тем самым создают тепловую нагрузку». Испытаниями в Петербурге Россия продолжает выполнять свои обязательства в рамках ИТЭР — научно-технического проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора. Мы производили очень важные высокотемпературные испытания.
Схема плазмы в сферическом токамаке. Фото: sciencealert. Это тороидальная установка со сферической вакуумной камерой. В ней формируется и удерживается плазма, пишет ScienceAlert.
Прорыв в физике: ИИ успешно управляет плазмой в эксперименте по ядерному синтезу
Одним из основных препятствий является успешное управление нестабильной и перегретой плазмой в реакторе, но новый подход показывает, как мы можем это сделать. Снизить издержки переработки такого сырья можно за счет использования плазменных реакторов, в которых химические реакции осуществляются с участием низкотемпературной. НИУ "МЭИ" также исследует методы охлаждения при длительной эксплуатации компонентов будущего экспериментального реактора, расположенных внутри камеры, уточнили в вузе. В Курчатовском институте состоялся физический запуск глубоко модернизированного гибридного термоядерного реактора Т-15МД.
Впервые в мире термоядерную плазму протестировали в токамаке нового поколения
| Меню сайта | Реактор станет одним из основных источников электроэнергии для завода по производству полипропилена, входящего в состав Уральской горно-металлургической компании. |
| В России запущена уникальная плазменная установка | Развитие теории магнитного удержания плазмы (Magnetic Fusion Confinement, или MFE) в реакторе прошло три этапа. |
| Как учёные «ловят плазму»? О перспективах ядерной энергетики репортаж из ИЯФ СО РАН | Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил об успешном получении первой термоядерной плазмы на токамаке Т-15МД (это модифицированная версия комплекса. |
| В России запущена уникальная плазменная установка | При плазменной обработке, в частности, образуется угарный газ, который надо тщательно дожигать или пускать в переработку в химическую промышленность», — объяснил ученый. |
| Глава российского агентства ИТЭР рассказал о планах по созданию демореактора | В комплексе термоядерного синтеза NIF обнаружили аномальные энергии ионов плазмы. |