Энергаз2
Главная / Новости / Отрасли ТЭК / МАГАТЭ ищет альтернативу магнитному удержанию плазмы при термоядерном синтезе

Новости


06:49, 29 Ноября 21
Атомная Мир
МАГАТЭ ищет альтернативу магнитному удержанию плазмы при термоядерном синтезе

МАГАТЭ ищет альтернативу магнитному удержанию плазмы при термоядерном синтезе Лазерный термоядерный синтез — это метод запуска термоядерных реакций, представляющий собой потенциальную альтернативу магнитному удержанию плазмы.

Он предусматривает использование инерциального удержания: с помощью мощных лазеров нагреваются и сжимаются крошечные сферические капсулы, содержащие топливные таблетки из изотопов водорода, таких как дейтерий и тритий.
 
Интенсивный нагрев поверхности капсулы приводит к микровзрыву топлива, в результате чего поверхностный слой таблетки подвергается абляции и взрывается. Создаваемая инерция удерживает топливо достаточно долго для того, чтобы произошла термоядерная реакция.
 
Эксперименты в области лазерного термоядерного синтеза начались в 1970‑е годы. Сегодня на Национальной установке по термоядерному зажиганию (НИФ) в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Соединенных Штатах Америки имеется 192 лазера, что с большим отрывом делает ее самой крупной в мире лазерной установкой. На НИФ лазеры нагревают внутренние стенки цилиндрического золотого контейнера, называемого хольраумом, в котором находится капсула с топливной таблеткой из дейтерия и трития. В результате взаимодействия лазера и хольраума генерируется рентгеновское излучение, которое нагревает и сжимает капсулу, создавая центральную точку температурного максимума внутри таблетки, где происходит термоядерная реакция.
 
Чтобы произошло зажигание, и начался полностью самоподдерживающийся термоядерный синтез, капсулы НИФ должны выделять примерно в 30 раз больше энергии, чем они поглощают.
 
«За последние пять лет мы добились на НИФ значительного прогресса, и теперь мы можем производить от двух с половиной до трех раз больше энергии по сравнению с тем количеством, которое поступает в точку температурного максимума топлива, — рассказывает Брайан Спирс, заместитель руководителя по моделированию ядерного синтеза с инерциальным удержанием плазмы на НИФ. — До 30-кратного увеличения все еще далеко, но это нелинейный процесс, и мы уже внедрили множество важных технических решений для достижения этой цели».
 
Ключом к достижению коммерчески рентабельного термоядерного синтеза является повышение центрального давления в точке температурного максимума топлива в несколько миллиардов раз по сравнению с атмосферным давлением. НИФ добилась существенного прогресса в этой области, перейдя от пластиковых к микрокристаллическим углеродным капсулам высокой плотности, улучшив технические элементы, используемые для поддержки капсул, и усовершенствовав конструкции, с помощью которых капсулы заполняются топливом для термоядерного синтеза. Это позволило экспертам значительно повысить эффективность энергетической связи между энергией, производимой лазером, и энергией, поглощаемой капсулой, и в конечном итоге вырабатывать больше энергии.
 
«Нам еще предстоит решить серьезные научные задачи, но последние достижения на НИФ и других установках доказывают, что мы приближаемся к пороговому значению, когда зажигание для начала лазерного термоядерного синтеза станет возможным», — говорит Спирс.
 
В 2020 году МАГАТЭ приступило к реализации нового проекта координированных исследований (ПКИ) под названием «Пути получения энергии в результате инерциального термоядерного синтеза: материаловедческие исследования и разработка технологий». Этот проект, в котором участвуют 24 института из 17 стран и который является четвертым ПКИ в данной области, направлен на разработку конструкций капсул с высоким коэффициентом усиления для достижения полностью самоподдерживающегося термоядерного синтеза.
 
Термоядерный синтез в результате столкновения пучков
 
Еще одной альтернативой лазерному и магнитному удержанию плазмы является использование ионных пучков, генерируемых ускорителями частиц, и нацеливание их друг на друга, чтобы термоядерный синтез происходил в точке их столкновения. Большим недостатком этого метода является высокая вероятность того, что частицы отскочат друг от друга без слияния и выделения энергии.
 
Частная американская компания «ТАЕ текнолоджис» (ТАЕ) использует линейное устройство — цилиндрический реактор длиной 25 метров. Термоядерный синтез происходит в результате выпуска с каждого конца реактора двух потоков плазмы, которые сталкиваются и сливаются в облако в центре. Затем в это облако запускаются атомы дейтерия, чтобы заставить его вращаться, тем самым поддерживая плазму в горячем и стабильном состоянии.
 
От альтернативного удержания плазмы до усовершенствованных видов топлива
 
Еще одно преимущество термоядерного синтеза с помощью лазеров или линейных устройств заключается в том, что эти методы легче адаптировать к использованию топлива помимо дейтерия и трития. Традиционно для термоядерного синтеза используется смесь этих изотопов водорода, поскольку они по сравнению с другими видами топлива достигают наибольшей скорости реакции при более низкой температуре.
 
Однако тритий радиоактивен и не встречается в природе в сколь-либо значительных количествах. Поэтому его приходится вырабатывать посредством ядерной реакции между нейтронами, получаемыми в результате термоядерного синтеза, и литием, окружающим стенку реактора. Энергия этих нейтронов также создает значительные трудности, поскольку вакуумная камера реактора изготовлена из таких материалов, что при столкновении нейтронов со стенками реактора ее конструкции и элементы становятся радиоактивными. Это требует принятия дополнительных мер по обеспечению радиационной безопасности и утилизации отходов.
 
Чтобы обойти проблемы, связанные с использованием трития, в настоящее время проводятся эксперименты с применением альтернативного или усовершенствованного термоядерного топлива, такого как протон–бор-11 (p–B-11). Бор-11 нерадиоактивен и составляет около 80 процентов всего бора, встречающегося в природе, поэтому он легко доступен. Однако главная проблема использования p–B-11 для термоядерного синтеза состоит в том, что в таком случае плазма должна быть в сто раз горячее, чем плазма, содержащая дейтерий и тритий. К счастью, при использовании лазерного зажигания или линейных устройств нагрев ограничивается точками температурного максимума: остальная плазма не должна быть значительно горячее.
 
«P–B-11 является наиболее экологически чистым и безопасным для окружающей среды источником топлива на Земле. Его использование не приводит к появлению вредных побочных продуктов, а его природных запасов достаточно, чтобы обеспечивать планету топливом на протяжении тысячелетий. В совокупности эти факторы могут обеспечить максимальную безопасность, экономичность, эффективность и долговечность термоядерных электростанций, — рассказывает Михль Биндербауэр, исполнительный директор ТАЕ. — Основная трудность с p–B-11 заключается в том, что для поддержания термоядерной реакции требуется более высокая температура, чем для других топливных циклов. Для решения этой проблемы ТАЕ разработала альтернативную концепцию удержания плазмы».
 
Таким образом, в будущем усовершенствованные виды топлива могут обеспечить более эффективный и экономичный способ производства термоядерной энергии.
 
Автор: Александра Пеева


Все новости за сегодня (13)
18:24, 16 Января 22

«Транснефть – Сибирь» реконструировала НПС «Конда-3» и «Торгили-3» для увеличения поставок нефти на Тюменский НПЗ

дальше..
18:16, 16 Января 22

Вице-министром энергетики Республики Казахстан назначен Асхат Хасенов

дальше..
17:51, 16 Января 22

Почти 180 тысяч человек лишились электричества из-за непогоды в восьми регионах России

дальше..
08:53, 16 Января 22

«Газпром недра» оценит нефтегазовый потенциал новых лицензионных участков на Ямале и в Сибири

дальше..
08:44, 16 Января 22

В 2023 году в Узбекистане появится первая в стране цифровая подстанция высокого напряжения

дальше..
07:33, 16 Января 22

Министерство угля и энергетики ДНР возглавил Анатолий Нестеренко

дальше..
07:19, 16 Января 22

В Кузбассе создан Совет по повышению уровня промышленной безопасности на угольных и горнорудных предприятиях

дальше..
07:11, 16 Января 22

На Ровенской АЭС проведена плановая инспекция МАГАТЭ

дальше..
06:57, 16 Января 22

Хмельницкая АЭС построит два энергоблока по технологии АР1000

дальше..
06:44, 16 Января 22

Бурштынская ТЭС помогает трансформировать экономику громады

дальше..
06:38, 16 Января 22

Резидент ТОСЭР «Озерск» расширит мощности гамма-установки

дальше..
06:02, 16 Января 22

Московская энергосистема в 2021 году выработала 74,75 млрд кВт∙ч

дальше..
05:59, 16 Января 22

Коллективный иммунитет сотрудников Московского НПЗ к COVID-19 превышает 90%

дальше..
 

Поздравляем!
Зарагижская ГЭС отмечает пятилетний юбилей Зарагижская ГЭС отмечает пятилетний юбилей

5 лет назад, 29 декабря 2016 года, в Кабардино-Балкарии состоялась торжественная церемония пуска Зарагижской гидроэлектростанции. Энергообъект стал третьей ступенью Нижне-Черекского каскада ГЭС и позволил обеспечить электроэнергией несколько районов республики.



О проекте Размещение рекламы на портале Баннеры и логотипы "Energyland.info"
Яндекс цитирования         Яндекс.Метрика