РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Вся мощь термоядерного топлива: революция в энергетике уже на пороге

Европейские и американские ученые совместно разработали новый тип термоядерного топлива, на порядок превосходящего все существующие аналоги по энергетической эффективности. Исследования проводились на базе ультрасовременных токамаков Alcator C-Mod и JET.
Вся мощь термоядерного топлива: революция в энергетике уже на пороге

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из США и Брюсселя разработали новый тип термоядерного топлива. С его помощью можно получить в десять раз больше энергии, чем из всех существующих образцов. Новое топливо содержит три вида ионов – частиц, заряд которых изменяется в зависимости от потери или приобретения электрона. Для изучения топлива используется токамак – тороидальная камера для магнитного удержания плазмы, создающая условия для управляемого термоядерного синтеза. Эксперименты с новинкой проводятся на базе токамака  Alcator C-Mod, принадлежащего MIT, который обеспечивает наивысшее напряжение магнитного поля и давление плазмы во время испытаний.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Секрет нового топлива

Alcator C-Mod последний раз был запущен еще в сентябре 2016 года, но данные, полученные в результате проведенных экспериментов, были расшифрованы лишь недавно. Именно благодаря им ученым и удалось разработать новый, уникальный тип термоядерного топлива, значительно увеличивающего энергию ионов в плазме. Результаты были настолько обнадеживающими, что исследователи, работающие на Объединенном европейском торе (JET, еще один современный токамак) в Оксфордшире, США, провели собственный эксперимент и достигли такого же увеличения выработки энергии. Исследование, в котором подробно изложены результаты работы, было недавно опубликовано в Nature Physics.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ключом к повышению эффективности ядерного топлива было добавление незначительного количества гелия-3 – стабильного изотопа гелия, который вместо двух нейтронов обладает лишь одним. Ядерное топливо, используемое в Alcator C-Mod, ранее содержало только два типа ионов, ионы дейтерия и водорода. Дейтерий, стабильный изотоп водорода с одним нейтроном ядре (у обычного водорода нейтронов нет совсем), занимает порядка 95% от общего состава топлива.

Токамак JET: вид изнутри
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследователи из Центра плазмы и синтеза MIT (PSFC) использовали радиочастотный нагрев для того, чтобы воспламенить топливо, удерживаемое в форме суспензии промышленными магнитами. Этот метод основан на использовании антенн вне токамака, которые воздействуют на топливо с помощью радиоволн определенных частот. Они калибруются так, чтобы поражать лишь материал, количество которого в суспензии меньше всех прочих (в данном случае это водород). Водород обладает лишь малой долей от общей плотности топлива, а потому фокусировка радиочастотного нагрева на его ионах позволяет достичь экстремально высоких температур. Возбужденные ионы водорода затем взаимодействуют с ионами дейтерия, и полученные в результате из взаимодействия частицы бомбардируют наружную оболочку реактора, выделяя огромное количество тепла и электроэнергии.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

А что же гелий-3? В новом топливе его меньше 1%, но именно его ионы играют решающую роль. Сфокусировав радиочастотный нагрев на столь незначительном количестве вещества, исследователи подняли энергию эонов до уровня мегаэлектроноволь (МэВ). Электроновольт – это количество энергии, полученное\потерянное в результате перехода электрона от одной точки электрического потенциала на уровень в 1 вольт выше. До сих пор мегаэлектронвольты в экспериментах с термоядерным топливом были лишь пределом мечтаний ученых – это на порядок больше, чем энергия всех образцов, полученных до сих пор.

Токамак: исследование термоядерных реакций

youtube
Нажми и смотри
Нажми и смотри

Alcatre C-Mod и JET представляют собой экспериментальные камеры термоядерного синтеза с возможностью достижения тех же плазменных давлений и температур, которые потребуются в полномасштабном реакторе синтеза.  Стоит отметить, впрочем, что они меньше по размерам и не дают того, что исследователи называют «активированным синтезом» — синтеза, энергия которого напрямую преобразуется в энергию, которую можно использовать для других нужд. Тонкая настройка состава топлива, частоты радиоволн, магнитных полей и других переменных в этих экспериментах позволяют исследователям тщательно выбрать наиболее эффективный процесс синтеза, который потом можно будет воспроизвести в промышленном масштабе.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как уже было сказано, американским ученым, работающим на JET, удалось не просто достичь тех же результатов, но и сравнить их с работой западных коллег, в результате чего научное сообщество получило уникальные данные измерений различных свойств невероятно сложных реакций, происходящих в перегретой плазме. В MIT исследователи использовали метод получения изображений реакции с помощью фазово-контрастной микроскопии, благодаря которому фазы электромагнитных волн трансформируются в контраст интенсивности. В свою очередь, ученые JET обладали возможностью более точно измерять энергию полученных частиц, и в результате картина того, что происходит во время реакций синтеза, получилась наиболее полной.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ядерный синтез: революция в энергетике

Что это значит для нас с вами? Как минимум значительный прорыв в технологической сфере. Ядерный синтез, поставленный на нужды промышленности, может произвести революцию в производстве энергии. Его энергетический потенциал невероятно высок, а топливо состоит из самых распространенных элементов в Солнечной системе – водорода и гелия. К тому же, после сгорания термоядерного топлива не образуется опасных для экологии и человека отходов.

Как отмечает Nature, результаты этих экспериментов также помогут астрономам лучше понять роль гелия-3 в солнечной активности – ведь солнечные вспышки, несущие угрозу для земной энергетики и околоземных спутников, есть ни что иное, как результат протекания термоядерной реакции с колоссальным тепловым и электромагнитным излучением.

Цезарус
Цезарус 11 Февраля 2020, 03:08
Перспективные исследования - это, конечно, хорошо. Но лучше для начала научились бы утилизировать получаемую энергию, а то еще лет 50 будут мурыжить, пока не станет реально поздно.
qzminn
qzminn 04 Сентября 2017, 16:43
Как близко к промышленному использованию? Где можно почитать подробности?
Константин Киселев
Константин Киселев 02 Сентября 2017, 14:44
Эти чудаки на букву М по нашей технологии евротокамак всё строят, а у нас ребята в Новосибирске этим временем  испытали термояд. устан. отрытого типа и достигли  Т=10 млн гр а  через 2 года до 100 !
Astsergey
Astsergey 01 Сентября 2017, 22:35
Эту тему я проталкивал уже с 1974 г ..объяснял ,что стабильное поле источник неустойчивости плазмы.. Решение есть ..но нужно ли оно в России..
Slava46
Slava46 01 Сентября 2017, 19:26
Водород без протона и нейтрона? Это удивит Архимеда, Нильс Бора и даже Эйнштейна. ))) А они-то надеялись...
Mi halich
Mi halich 02 Сентября 2017, 09:27
Ну что же, хм... Доказать, как известно, совсем ещё не значит убедить, а понять не значит принять.
Astsergey
Astsergey 01 Сентября 2017, 22:37
Владимир, нужны условия реакции для Земли. а то что там в торроидах эта реакция идёт дело очевидное..
mini.lorry
mini.lorry 03 Сентября 2017, 15:11
Я удивился названию революция, под которой подразумевали некую конструкцию, которая когда-нибудь, может быть в оч. дальней перспективе сгенерирует кучу тепла. Вопрос в том, что человечество мнит себя высокоразвитым, но для того, чтобы куда-нибудь съездить, то ему непременно нужно что-нибудь спалить.   И если смотреть на эти загромождения из мега-термоядов в купе с оч. технологичным паровым котлом, то не проще ли развивать ветряки, где ветер дует, а электроток течет?
inyazserg
inyazserg 01 Сентября 2017, 21:56
возможно, mini.lorry намекал на то, что было бы хорошо, если бы не надо было ничего греть да кипятить, а было бы привлекательнее сразу получать электричество.
Андрей Гаврилов
Андрей Гаврилов 01 Сентября 2017, 18:32
обожемой, какой ужОс-та, "старая дедовская" паровая турбина. А новой современной что, поставить нельзя? Отчего у обывателей так бомбит-то от теплового цикла преобразования энергии УТС-то? Детские комплексы по поводу "все должно быть ОДИНАКОВО волшебно"? Есть и проще, чем токамаки, реакторы, - открытые ловушки (с вариациями), именно команды, работающие на них сейчас наибольшие шансы имеют одарить нас УТС-электростанцией, - Tri Alpha Energy, Калифорния, США, и ИЯФ им. Будкера, Новосибирск, РФ. В низ и direct energy conversion возможен. Только вот особо и не нужен, - тепловой цикл проще, технологичнее, и лучше освоен.
mini.lorry
mini.lorry 01 Сентября 2017, 14:59
А в чем революция то? В том что пытаются создать эти мегасложные устройства, выделяющие много тепла? Ну, допустим получилось. А дальше, что? Опять надо притачивать старую дедовскую паровую машину с генератором, чтобы электричество добывать?
Alex Alex
Alex Alex 30 Августа 2017, 17:20
Как много физиков-ядерщиков комментируют на ПМ. Наверное,каждый уже лет 50 назад научился запускать и поддерживать синтез в собственном диване.
Виктор Тихонов
Виктор Тихонов 30 Августа 2017, 16:10
если-бы реально хотели получить термоядерную энергию, то уже-бы 50 лет назад изготовили-бы реактор синтеза, легких элементов, работающий на встречных кольцевых ионных пучках в электрическом поле!
Андрей Гаврилов
Андрей Гаврилов 01 Сентября 2017, 18:35
кроме D+T, есть еще и D+D, и p+B11. Вот последние, похоже, будут доступны на реакторах, которые делают Tri Alpha Energy, Калифорния, США, и ИЯФ им. Будкера, Новосибирск, РФ. у D+D - пониженный выход нейтронов, а p-B11 - вообще анейтронная (на самом деле и там чутка будет, но очень, очень мало).
Александр Терехов
Александр Терехов 29 Августа 2017, 22:25
"после сгорания термоядерного топлива не образуется опасных для экологии и человека отходов". Это самая распространенная ошибка не посвященных. Львиная доля энергии уходит с нейтронами в результате синтеза гелия. Они за несколько лет работы сделают любой реактор радиоактивной свалкой. Именно из-за этого ученые ждут добычи гелия-3 в промышленных масштабах термояд с ним не выделяет нейтронов.
Карен Мелоян
Карен Мелоян 29 Августа 2017, 21:33
Всё хорошо, но почему столько орфографических ошибок в тексте? Один "электроновольт" чего стоит.
Николай Белов
Николай Белов 29 Августа 2017, 17:50
Насколько я помню, одна из проблем термоядерного синтеза заключается в трудности закачать необходимое количество энергии в топливо (протий с дейтерием), чтобы начался синтез гелия. Здесь, по-видимому, делается попытка ввода более тяжелого иона, чтобы сделать это возможным. Автор, кажется, не отра зил этот факт. Порадовало определение электрон-вольта.
Загрузка статьи...