Сделан важный шаг на пути к управляемому термоядерному синтезу

Сделан важный шаг на пути к управляемому термоядерному синтезу

Учёные из Национальной ядерной лаборатории Сандия в США (Sandia National Laboratories) сделали один из трёх важных шагов на пути получения энергии при помощи управляемого термоядерного синтеза. Таким образом они попытались обуздать процессы, происходящие внутри Солнца и прочих звёзд.

Термоядерные реакторы, в отличие от существующих ядерных реакторов, используют с целью получения энергии не реакцию распада, а реакцию слияния более лёгких атомных ядер в более тяжёлые. В отличие от термоядерных взрывных устройств синтез носит управляемый характер.

Для этого реакторы нагревают и сжимают плазму - ионизированный газ. Та в свою очередь сжимает водородное топливо (изотопы водорода - дейтерий и тритий). Невероятное давление заставляет одинаково заряженные ядра преодолеть естественные силы кулоновского отталкивания и приводит к слиянию ядер атомов. В результате образуются ядра гелия, нейтроны, а также высвобождается огромное количество энергии.

Пока процесс не осуществлён экспериментально. Однако учёные стремятся к этому, так как предварительные теоретические расчёты показывают, что, затратив большое количество энергии на входе, человек может получить ещё большее количество энергии на выходе. То есть в ходе управляемого термоядерного синтеза может быть получен положительный энергетический баланс.

Если это удастся подтвердить экспериментально, то это будет иметь "экстраординарные последствия для энергетики и обороны", указывается в пресс-релизе лаборатории Сандия, специалисты которой сделали важный шаг на пути создания соответствующего реактора.

В качестве топлива для реактора учёные используют изотопы водорода, так как атомные ядра, имеющие небольшой электрический заряд, проще свести на нужное расстояние.

Для того чтобы произошло слияние ядер, также необходимы огромные температуры (порядка 100 миллионов градусов). Светилу проще, в недрах звезды такой разогрев - не проблема, а человеку приходится тратить огромное количество энергии для создания и поддержания необходимых условий.

Специалисты лаборатории Сандия пробуют начать реакцию термоядерного синтеза, разогревая изотопы водорода в цилиндре из нитей бериллия диаметром всего 7 миллиметров, а затем очень быстро сжимая оболочку при помощи магнитных полей. Такой процесс называется термоядернымсинтезом с инерционным удержанием плазмы.

Цилиндр из параллельных нитей, известных как лайнеры, подключён к огромному электрогенератору лаборатории (так называемой Z-машине), который способен выдавать 26 миллионов ампер в виде импульса, длящегося всего несколько миллисекунд и меньше.

Колоссальный ток, проходя через проводки цилиндра, испаряет их, превращая в завесу из плазмы, и создаёт магнитное поле. Оно заставляет превратившиеся в плазму стенки "контейнера" прогнуться внутрь (получается взрыв, направленный внутрь, в центр системы). В результате водородное топливо мгновенно сжимается и разогревается до огромных температур.

О том, что процесс работает, учёные знали давно. Однако им не удавалось разогреть плазму до необходимых температур. Чтобы добиться положительного энергетического баланса, им необходимо было доработать систему. В связи с этим руководителем группы Стивеном Слатцем (Steven Slutz) в 2010 году было предложено несколько возможных решений проблемы.

Он и его коллеги провели компьютерное моделирование происходящих процессов. В своей статье, опубликованной в журнале Physics of Plasmas, учёные предложили усовершенствования, которые бы позволили получать энергию.

 

Во-первых, необходимо укоротить импульс воздействия Z-машины (до 100 наносекунд), чтобы увеличить скорость направленного внутрь взрыва. Кроме того, нужно заранее разогреть водородное топливо внутри лайнера при помощи лазерного импульса.

И, наконец, на обоих концах цилиндра необходимо расположить две электрических обмотки. Они будут создавать магнитное поле, которое окутает весь контейнер словно одеялом. В результате заряженные частицы (электроны и ядра гелия) не будут покидать "ловушку", а значит, не будут охлаждать плазму. Температура будет сохраняться на должном уровне.

Позднее учёные также показали, что под воздействием 60 миллионов ампер выход энергии может в тысячу раз превышать ту, что была затрачена изначально. А это говорит уже не просто о достижении положительного энергетического баланса, но и о коммерческом использовании технологии.

Теперь Райан Макбрайд (Ryan McBride) возглавляет группу, и именно он со своими подопечным проверит, верными ли были предположения Слатца и его коллег.

Первое, что сделают учёные, опробуют быстрое сжатие лайнеров. Здесь важен такой параметр, как толщина "стенки" цилиндра. Чем она тоньше, тем быстрее его разгонит магнитное поле. Однако не менее важно поведение материала, из которого изготовлены лайнеры. Ведь если слишком тонкие "стенки" разрушаться раньше времени, сжатия не произойдёт. Если же толщина будет слишком большой, то не будет необходимого "разгона".

Команда Макбрайда искала испытала предсказанную "золотую середину". Для того чтобы понять, что происходит с цилиндром в процессе, учёным пришлось создать особую "видеокамеру", которая, используя рентгеновское излучение, отсняла весь процесс взрыва.

"Всё сработало, как мы и предсказывали", - рассказывает Райан. Толщина лайнеров была оптимальной, цилиндр в ходе колоссального сжатия сохранил нужную форму. Таким образом, можно считать концепцию намагниченного инерционного синтеза (MagLIF или Magnetized Liner Inertial Fusion) реализуемой.

Если бы лайнеры слишком сильно деформировались, их невозможно было бы использовать для запуска реакции синтеза, поясняет ИТАР-ТАСС.

Теперь учёные планируют протестировать два других усовершенствования - предварительный лазерный нагрев и магнитное "одеяло" (по планам в декабре 2012 года). Кроме того, разработчики "добавят дейтериевое топливо при проведении экспериментов, намеченных на 2013 год".

Отчёт об уже проделанной работе принят к публикации в научном вестнике Physical Review Letters.

Добавим, что в мире ещё как минимум два гиганта пытаются обуздать энергию управляемого "термояда". Речь о реакторе ITER во Франции (будет закончен в 2019-2020 годах) и Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (NIF) в Калифорнии (работает уже несколько лет). Оба проекта вложили в исследования миллиарды долларов США.

Реактор ITER будет запускать термоядерный синтез, также сжимая плазму при помощи магнитных полей и разогревая вещество при помощи направленных пучков частиц и радиоволн. Специалисты NIF пробуют "поджечь" топливо при помощи рекордного лазерного импульса.

Источник: vesti.ru

Похожие новости:
В США сообщили о прогрессе в инерциальном термоядерном синтезе
Физики из США, Японии и Франции сообщили о прогрессе в инерциальном управляемом термоядерном синтезе, достигнутом в расположенном в Ливерморской национальной лаборатории комплексе лазерных термоядерных реакций. Результаты исследований авторы опубликовали в Nature Physics, а кратко о них сообщается на сайте Phys.org.При помощи ..
2016-01-19 1433 0 Технология
0
Инерциальный термоядерный синтез ускорят турбулентностью
Физики из Принстонского университета показали, что ранее считавшаяся нежелательной турбулентность разогретой плазмы при осуществлении инерциального термоядерного синтеза может быть полезной. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Принстонская лаборатория физики плазмы.В проведенном ..
2016-03-17 1986 0 Технология
0
Физики научились управлять стабильностью границы термоядерного шнура
Физики из США и Австралии научились управлять потенциально опасными тепловыми всплесками во внешних границах плазмы (ELM-нестабильностью) в токамаке (установка для магнитного удержания плазмы). Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух статьях в журнале Physical Review Letters, а кратко с их содержанием ..
2015-03-17 1671 0 Технология
0
На шаг ближе к управляемому термоядерному синтезу
Используя систему подогрева, физики впервые преуспели в предотвращении возникновения нестабильностей, разработав инновационную технологию, которая является важной ступенью на пути к созданию Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER). Ученым удалось достичь важной вехи: они остановили рост нестабильностей ..
2012-01-23 1858 0 Технология
0
Физики смоделировали поведение плазмы в термоядерном реакторе
Немецкие и американские ученые разработали новый способ прогнозирования распределения флуктуаций турбулентности в плазме стелларатора, а также их минимизации. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Принстонского университета. Основная ..
2014-10-15 1540 0 Технология
0
Литий-графитная пленка может управлять термоядерным синтезом
Международная команда ученых из США, Японии и Франции обнаружила, что реакцией термоядерного синтеза можно управлять с помощью ультратонкой пленки литированного графита. Удивительно, но тонкое покрытие из лития и графита может оказывать влияние на сверхгорячую плазму реакции синтеза. Использование энергии ..
2013-02-8 1682 0 Технология
1
Из ДНК сделали программируемые контроллеры
Группа специалистов из ряда американских научных центров, включая университет Калифорнии и исследовательский центр Microsoft, создала программируемый контролер химических реакций на основе молекул ДНК. Устройство способно синтезировать заданные цепочки дезоксирибонуклеиновых кислот в ответ на определенную комбинацию ..
2013-10-1 1137 0 Технология
0
Группа ученых создала искусственный носитель интеллекта
Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) совместно с коллегами из Беларуси, Болгарии, Германии, Казахстана и Украины создали искусственный носитель естественного интеллекта. Это способная к самообучению физическая модель, чтобы моделировать патологические состояния и лечить различные виды расстройств человеческой памяти. ..
2015-08-18 4013 0 Технология
1
Рейтинг инновационной перспективности
Международная консалтинговая фирма KPMG Llp, занимающаяся международным аудитом, консалтингом и технологиями, составила рейтинг инновационной перспективности стран мира. Рейтинг стал результатом опроса 811 инвесторов, генеральных менеджеров и экспертов крупнейших компаний в сфере высоких технологий в развитых регионах ..
2013-07-19 1524 3 Технология
0
Ускоритель частиц испытали как аннигилятор радиоактивных отходов
Европейская исследовательская команда сделала на этой неделе важный шаг на пути к разработке технологий утилизации высокорадиоактивных и долгоживущих ядерных отходов с применением необычной комбинации ядерного реактора и ускорителя частиц. Вчера команда сообщила об успешном испытании исследовательского реактора Гиневра ..
2012-01-23 2042 0 Технология
0
Первая солнечная электростанция будет построена в пустыне Сахара
Два года назад было объявлено о начале проекта Desertec Initiative, в ходе которого предполагалось использовать солнечную энергию пустыни Сахара. Проект продолжает свое развитие, и первое сооружение планируется к открытию уже в 2012 году. Солнечная электростанция на 500 МВт стоимостью 2,8 миллиарда ..
2011-11-29 3101 0 Технология
1
На Земле вспыхнет маленькое искусственное солнце
Американские ученые из Lawrence Livermore National Laboratory зажгут на Земле маленькое искусственное Солнце. По их прогнозам, в результате эксперимента должно выделиться в 10 раз больше энергии, чем будет затрачено на то, чтобы инициировать реакцию. Губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер в ходе последнего посещения ..
2012-09-4 1781 0 Технология
0
Воздух может заряжать аккумуляторы электромобилей
Британские исследователи сделали важный шаг в развитии литий-воздушных аккумуляторов, устройства, которое должно увеличить емкость в 3-5 раз, чем в ныне существующих литий-ионных. После ввода в эксплуатацию таких аккумуляторов будет возможно путешествовать по стране с полностью функционирующим ноутбуком, или говорить по телефону, не заряжая ..
2012-07-24 2573 0 Технология
0
ЕС запускает самый мощный лазер в мире
Европейский Союз и Румыния в пятницу заложили краеугольный камень в запуске самого мощного лазера в мире, сообщает «TG Daily». «Этот проект имеет особое значение не только для Румынии, но также для Европы в целом», - сказал Еврокомиссар по региональной политике Йоханнес Хан на пресс-конференции ..
2013-06-15 1516 0 Технология
0
В Токио открылась Международная экологическая выставка
В четверг в Токио открылась выставка, на которой более 700 компаний и организаций представили свою экологически чистую продукцию. PanaHome, дочерняя компания японского производителя электроники Panasonic, представила дом, крыша которого полностью сделана из панелей солнечных батарей. Представители компании ..
2013-12-13 1320 1 Технология
0