В даний час учені працюють над створенням а термоядерні електростанції, перевагою яких є забезпечення людства електроенергією на необмежений час. Термоядерна електростанція працює на основі термоядерного синтезу - реакції синтезу важких ізотопів водню з утворенням гелію і виділенням енергії. Реакція термоядерного синтезу не дає газоподібних і рідких радіоактивних відходів, що не напрацьовує плутоній, який використовується для виробництва ядерної зброї. Якщо ще врахувати, що пальним для термоядерних станцій буде важкий ізотоп водню дейтерій, який отримують з простої води - в півлітра води міститься енергія синтезу, еквівалентна тій, що вийде при спалюванні бочки бензину, - то переваги електростанцій, заснованих на термоядерної реакції, стають очевидними .
В ході термоядерної реакції енергія виділяється при з'єднанні легких атомів і перетворенні їх на більш важкі. Щоб цього домогтися, необхідно розігріти газ до температури понад 100 мільйонів градусів - набагато вище температури в центрі Сонця.
Газ при такій температурі перетворюється в плазму. Атоми ізотопів водню при цьому зливаються, перетворюючись на атоми гелію і нейтрони і виділяючи велику кількість енергії. Електростанція, що працює на цьому принципі, використовувала б енергію нейтронів, які сповільнюються шаром щільної речовини (літію).
У порівнянні з атомною електростанцією термоядерний реактор буде залишати після себе набагато менш радіоактивні відходи.
Інтернаціональний термоядерний реактор ІТЕР
Учасники міжнародного консорціуму по створенню першого в світі термоядерного реактора ІТЕР підписали в Брюсселі угоду, що дає старт практичній реалізації проекту.
Представники Європейського союзу, США, Японії, Китаю, Південної Кореї мають намір побудувати електростанцію, що працює за новим принципом.
 |
| Схема міжнародного термоядерного реактора ITER |
Ера екологічно небезпечних ГЕС і АЕС скоро закінчиться, і настане час нової електростанції - термоядерної, проект якої вже здійснюється. Проект ІТЕР (Інтернаціональний термоядерний реактор) вже майже готовий; на перших діючих експериментальних термоядерних реакторах отримана потужність, що перевищує 10 МВт - рівень перших атомних електростанцій.
Німеччина запустила найпотужніший термоядерний реактор
У Німеччині 10 грудня 2015 року успішно запущений термоядерний реактор Wendelstein 7-X, в якому утримання плазми відбувається за принципом стелараторі. На проект вартістю понад мільярд євро німці покладають великі надії. Як і фізики, які пов'язують майбутнє енергетики з керованим термоядерним синтезом.
Сьогодні в світі існують два перспективні проекти термоядерних реакторів: токамак (тороїдальна камера з магнітними котушками) і стелларатор. В обох установках плазма утримується магнітним полем, але в токамаке вона має форму тороїдального шнура, по якому пропускається електричний струм, а в стелараторі магнітне поле наводиться зовнішніми котушками. Останнє є головною відмінністю стелараторі від токамака і обумовлює складну конфігурацію в ньому магнітного поля.
У стелараторі магнітні поверхні, які утримують плазму в стані рівноваги, створюються складною системою зовнішніх провідників на вакуумній камері (всередині якої і знаходиться паливо), через що кінцева форма плазмового шнура так далека від ідеальної тороидальной форми. Тим часом в токамаку утримання плазми відбувається завдяки магнітному полю від вихрового електричного поля. Це означає, що токамак може працювати (без допоміжних пристроїв) виключно в імпульсному режимі, тоді як стелларатор здатний протягом тривалого часу працювати в безперервному (стаціонарному) режимі.
Конструкцію стеларатора вперше запропонував в 1951 році американським фізиком Лайманом Спітцером. Свою назву реактор отримав від латинського stella - зірка, оскільки всередині реактора температура порівнянна з досягаються всередині ядра Сонця. Спочатку стелларатор вважався найпопулярнішим кандидатом для термоядерного реактора, однак згодом його потіснила концепція токамака, запропонована в 1951 (і розсекречена в 1956 році) радянськими фізиками Андрієм Сахаровим і Ігорем Таммом.
Термоядерний реактор з СРСР був простіший і дешевший стеларатора. Багато в чому це пов'язано з необхідністю високоточних розрахунків конфігурації магнітних полів для стеларатора, які для Wendelstein 7-X були зроблені на суперкомп'ютері, а також обмеженістю матеріалів для будівництва установки. Суперечки про те, що краще - стелларатор або токамак, - не вщухають досі, а з'ясування того, хто в чому має рацію, обходиться платникам податків в сотні мільйонів доларів.
У Німеччині введено в дію саме стелларатор. Установка Wendelstein 7-X знаходиться в німецькому Інституті фізики плазми Товариства імені Макса Планка в місті Грайфсвальд. Реактор складається з 50 надпровідних ніобій-титанових котушок близько 3,5 метрів у висоту і загальною вагою близько 425 тонн, здатних створювати магнітне поле індукцією три тесла, утримує плазму з температурою 60-130 мільйонів градусів Цельсія (це в кілька разів вище, ніж температура в центрі сонячного ядра). Великий радіус плазми дорівнює 5,5 метра, малий радіус - 0,53 метра. Обсяг плазми може досягати 30 кубічних метрів, а її щільність - три на десять в двадцятої ступеня частинок на кубічний метр. Вся конструкція оточена кріостатом (міцною теплоізолюючою оболонкою) діаметром 16 метрів.
Перераховані параметри роблять Wendelstein 7-X найпотужнішим стеларатором в світі. Його найближчий конкурент - LHD (Large Helical Device) - розташований в японському місті Токи. Стелараторні можливості є в Австралії та в Украіні.
Зелене світло на зведення Wendelstein 7-X уряд Німеччини дав в 1993 році, в наступному році в Грайфсвальді була створена філія Інституту фізики плазми, куди перейшли працювати 50 співробітників головної установи з Гархинга. В даний час над Wendelstein 7-X працюють понад 400 осіб. Зведення Wendelstein 7-X було важким процессом.Географія учасників проекту Wendelstein 7-X (на території Європи). Головна проблема, з якою зіткнулися будівельники стеларатора, полягала в нестачі надпровідних магнітів, що мають спеціальну геометрію і охолоджувані гелієм. В травні 2014 року Інститут фізики плазми відзвітував про завершення будівництва стеларатора, після чого провів необхідні пусконалагоджувальні роботи і дочекався згоди національного регулятора на запуск.
Заплановані випробування з водневою плазмою. Після успішного завершення другої фази експериментів вчені сподіваються утримувати на Wendelstein 7-X водневу плазму протягом десяти секунд. Кінцеві цілі проекту, яких фізики хочуть досягти на третьому етапі, - утримати плазму в реакторі до півгодини і одночасно з цим домогтися значення параметра β, рівного 4-5 (у відсотках). Це число визначає ставлення тиску плазми до тиску утримує її магнітного поля.В німецькому місті Гархинге вже є свій токамак ASDEX (Axially Symmetric Divertor Experiment) того ж Товариства імені Макса Планка, який до запуску Wendelstein 7-X був найбільшим термоядерним реактором в ФРН (в цьому ж місті з 1988-го по 2002 рік діяв інший стелларатор - Wendelstein 7-AS). На відміну від токамаков, стеларатори є темними конячками - з ними проводилося менше експериментів, а отримані останнім часом результати обнадіюють. У тому випадку якщо установка Wendelstein 7-X виправдає покладені на неї надії, фізики зроблять висновки про можливість використання стелараторів як термоядерних електростанцій майбутнього. Так чи інакше, ясно одне: отримання практично невичерпного джерела енергії вимагає не тільки взаємодії міжнародного співтовариства вчених і держав світу і залучення величезних фінансових коштів, а й завидного терпіння і впевненості в успішності проекту. Всього цього хочеться побажати німецьким дослідникам.
(З відкритих джерел в Internet)
Німеччина запустила найпотужніший термоядерний реактор
У Німеччині 10 грудня 2015 року успішно запущений термоядерний реактор Wendelstein 7-X, в якому утримання плазми відбувається за принципом стелараторі. На проект вартістю понад мільярд євро німці покладають великі надії. Як і фізики, які пов'язують майбутнє енергетики з керованим термоядерним синтезом.
Сьогодні в світі існують два перспективні проекти термоядерних реакторів: токамак (тороїдальна камера з магнітними котушками) і стелларатор. В обох установках плазма утримується магнітним полем, але в токамаке вона має форму тороїдального шнура, по якому пропускається електричний струм, а в стелараторі магнітне поле наводиться зовнішніми котушками. Останнє є головною відмінністю стелараторі від токамака і обумовлює складну конфігурацію в ньому магнітного поля.
У стелараторі магнітні поверхні, які утримують плазму в стані рівноваги, створюються складною системою зовнішніх провідників на вакуумній камері (всередині якої і знаходиться паливо), через що кінцева форма плазмового шнура так далека від ідеальної тороидальной форми. Тим часом в токамаку утримання плазми відбувається завдяки магнітному полю від вихрового електричного поля. Це означає, що токамак може працювати (без допоміжних пристроїв) виключно в імпульсному режимі, тоді як стелларатор здатний протягом тривалого часу працювати в безперервному (стаціонарному) режимі.
Конструкцію стеларатора вперше запропонував в 1951 році американським фізиком Лайманом Спітцером. Свою назву реактор отримав від латинського stella - зірка, оскільки всередині реактора температура порівнянна з досягаються всередині ядра Сонця. Спочатку стелларатор вважався найпопулярнішим кандидатом для термоядерного реактора, однак згодом його потіснила концепція токамака, запропонована в 1951 (і розсекречена в 1956 році) радянськими фізиками Андрієм Сахаровим і Ігорем Таммом.
Термоядерний реактор з СРСР був простіший і дешевший стеларатора. Багато в чому це пов'язано з необхідністю високоточних розрахунків конфігурації магнітних полів для стеларатора, які для Wendelstein 7-X були зроблені на суперкомп'ютері, а також обмеженістю матеріалів для будівництва установки. Суперечки про те, що краще - стелларатор або токамак, - не вщухають досі, а з'ясування того, хто в чому має рацію, обходиться платникам податків в сотні мільйонів доларів.
У Німеччині введено в дію саме стелларатор. Установка Wendelstein 7-X знаходиться в німецькому Інституті фізики плазми Товариства імені Макса Планка в місті Грайфсвальд. Реактор складається з 50 надпровідних ніобій-титанових котушок близько 3,5 метрів у висоту і загальною вагою близько 425 тонн, здатних створювати магнітне поле індукцією три тесла, утримує плазму з температурою 60-130 мільйонів градусів Цельсія (це в кілька разів вище, ніж температура в центрі сонячного ядра). Великий радіус плазми дорівнює 5,5 метра, малий радіус - 0,53 метра. Обсяг плазми може досягати 30 кубічних метрів, а її щільність - три на десять в двадцятої ступеня частинок на кубічний метр. Вся конструкція оточена кріостатом (міцною теплоізолюючою оболонкою) діаметром 16 метрів.
Зелене світло на зведення Wendelstein 7-X уряд Німеччини дав в 1993 році, в наступному році в Грайфсвальді була створена філія Інституту фізики плазми, куди перейшли працювати 50 співробітників головної установи з Гархинга. В даний час над Wendelstein 7-X працюють понад 400 осіб. Зведення Wendelstein 7-X було важким процессом.Географія учасників проекту Wendelstein 7-X (на території Європи). Головна проблема, з якою зіткнулися будівельники стеларатора, полягала в нестачі надпровідних магнітів, що мають спеціальну геометрію і охолоджувані гелієм. В травні 2014 року Інститут фізики плазми відзвітував про завершення будівництва стеларатора, після чого провів необхідні пусконалагоджувальні роботи і дочекався згоди національного регулятора на запуск.
Заплановані випробування з водневою плазмою. Після успішного завершення другої фази експериментів вчені сподіваються утримувати на Wendelstein 7-X водневу плазму протягом десяти секунд. Кінцеві цілі проекту, яких фізики хочуть досягти на третьому етапі, - утримати плазму в реакторі до півгодини і одночасно з цим домогтися значення параметра β, рівного 4-5 (у відсотках). Це число визначає ставлення тиску плазми до тиску утримує її магнітного поля.В німецькому місті Гархинге вже є свій токамак ASDEX (Axially Symmetric Divertor Experiment) того ж Товариства імені Макса Планка, який до запуску Wendelstein 7-X був найбільшим термоядерним реактором в ФРН (в цьому ж місті з 1988-го по 2002 рік діяв інший стелларатор - Wendelstein 7-AS). На відміну від токамаков, стеларатори є темними конячками - з ними проводилося менше експериментів, а отримані останнім часом результати обнадіюють. У тому випадку якщо установка Wendelstein 7-X виправдає покладені на неї надії, фізики зроблять висновки про можливість використання стелараторів як термоядерних електростанцій майбутнього. Так чи інакше, ясно одне: отримання практично невичерпного джерела енергії вимагає не тільки взаємодії міжнародного співтовариства вчених і держав світу і залучення величезних фінансових коштів, а й завидного терпіння і впевненості в успішності проекту. Всього цього хочеться побажати німецьким дослідникам.
(З відкритих джерел в Internet)
Немає коментарів:
Дописати коментар
Коментарі