Модернизированный токамак Глобус-М2 заработает в 2018 году 

Аватар пользователя Zarat

Ученые из Физико-технического института (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе РАН при участии специалистов Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН завершают модернизацию сферического токамака Глобус-М (в дальнейшем – Глобус М2). Установка станет одним из лидеров по удельной мощности нагрева плазмы. Таким образом, появляется возможность испытать аппаратуру для международного экспериментального реактора ИТЭР. Результаты опубликованы в журнале Nuclear Fusion.

«Глобус-М/М2» — уникальный исследовательский комплекс, который работает в ФТИ им. А.Ф. Иоффе и входит в тройку лидеров среди сферических токамаков, предназначенных для изучения поведения плазмы в лабораторных условиях.  «Цель модернизации установки – увеличить в 2-2,5 раза магнитное поле (с 0,4 Тл до 1 Тл) и ток, протекающий через плазму (с 0,25 до 0,5 МА).

Для получения таких значений необходимо создать новую электромагнитную систему, а также модернизировать источники питания для неё и дооснастить диагностические комплексы и системы дополнительного нагрева установки. Для увеличения нагрева плазмы в дополнение к уже работающему инжектору (мощность – до 1 МВт, энергия – 30 кэВ) был закуплен новый, разработанный специалистами ИЯФ СО РАН (мощность – 1 МВт, энергия – 50 кэВ). При одновременном включении двух инжекторов суммарная мощность нагрева возрастет до двух мегаватт. Такое увеличение параметров приведет к существенному — в несколько раз — росту температуры и давления плазмы», — комментирует доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе Василий Гусев, руководитель установки «Глобус-М».

Плазма. Проблема нагрева и удержания. Токамаки

Новый инжектор нейтральных пучков производства ИЯФ СО РАНДля запуска реакции термоядерного синтеза необходимо преодолеть силу электростатического отталкивания атомных ядер и сблизить их настолько, чтобы начали действовать силы ядерного притяжения. Плазму (высокоионизованный газ) нужно нагреть до очень высоких температур – 100 миллионов градусов и выше, – при этом ее плотность также должна быть достаточно высокой, не менее 1015 частиц/см3. В этом случае энергия, выделившаяся в результате термоядерной реакции, будет больше, чем та, что тратится на ее создание. Плазма в таком состоянии очень нестабильна, и нужно подобрать подходящий режим работы, чтобы ее удержать. Эту проблему призваны решить экспериментальные термоядерные установки. Самый распространенный вариант – токамак – представляет собой тороидальную вакуумную камеру, снаружи которой установлены катушки с током для создания магнитного поля. Оно необходимо для удержания горячей плазмы. В центре токамака находится индуктор, с его помощью создается вихревое электрическое поле, которое ионизует напускаемый в камеру рабочий газ (дейтерий и тритий), что приводит к возникновению плазмы и кольцевого тока в ней. Протекая по плазме, этот ток вызывает ее нагрев.

Инжектор. Дополнительный источник нагрева плазмы

Пучок электронов в вакуумной камере инжектораНагреть плазму до указанных температур только за счет протекающего по ней тока не удается – требуются дополнительные источники поддержания и нагрева. Один из таких источников – инжектор атомарных пучков большой энергии и мощности. О принципах его работы рассказывает кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Игорь Шиховцев: «В ионном источнике инжектора создается водородная или дейтериевая плазма, из которой извлекается и ускоряется пучок протонов или дейтронов при помощи ионно-оптической системы. Далее пучок попадает в нейтрализатор, где бо́льшая его часть превращается в атомы в результате столкновений с газом (водородом или дейтерием). Оставшаяся на выходе из нейтрализатора ионная компонента отклоняется магнитом и направляется в приемник ионов, а основной атомарный пучок свободно проникает в токамак через магнитное поле удерживающее плазму. В результате взаимодействия с плазмой пучок ионизируется, захватывается магнитным полем, тормозится и передает свою энергию плазме».

Исследования. Перспективы для реактора ИТЭР

Тестовая сборка Глобус-М2Данные, полученные на современных токамаках по всему миру, позволяют существенно улучшить понимание фундаментальных процессов и подготовить базу для создания термоядерного реактора. «В результате модернизации токамака Глобус-М существенно возрастут температура и плотность плазмы, а, следовательно, увеличится и радиационная нагрузка на внутреннюю поверхность разрядной камеры. Таким образом, появляется возможность воспроизводить условия, близкие к тем, что будут в пристеночной области реактора ИТЭР, запуск первой плазмы в котором планируется в 2025 году. ФТИ им. А.Ф. Иоффе отвечает за разработку трех диагностических систем для этой установки. При этом, аппаратуру для нее можно будет испытывать на токамаке Глобус-М2 уже сейчас. Например, здесь будут проводиться испытания системы диагностики плазмы по рассеянию лазерного излучения», — рассказывает Василий Гусев.

По его словам, комплекс также станет площадкой для создания компактного термоядерного источника нейтронов для гибридного реактора – «союза» атомного (распад тяжелых ядер) и термоядерного (синтез тяжелых ядер при слиянии более легких) реакторов. По этой схеме токамак будет выступать в роли генератора нейтронов, которые свободно проникают в атомные ядра и тем самым запускают реакции распада. Еще одно направление исследований – испытания материалов для термоядерного реактора. Эта работа ведется совместно с Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.

 

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

Есть ли у термояда будущее?

Комментарии

Аватар пользователя AnGeL_Knight
AnGeL_Knight(5 лет 6 месяцев)

Есть ли у термояда будущее?

Сейчас это наверно единственная технология, что может подарить человечеству ближний космос и пробить дорогу до спутников Юпитера.

Аватар пользователя Pedestrian
Pedestrian(5 лет 1 месяц)

В ближний космос и на ядерных движках распада можно летать. Термоядерные заряды нужны, для разгона на межзвёздные дистанции.

Аватар пользователя Cold
Cold(5 лет 3 месяца)

Буду несказанно рад, если наши ученые подарят человечеству новую техническую революцию, а заодно, новую мечту и новую эру в развитии. За разработками в этой сфере будущее.

Аватар пользователя cr4zyr0m
cr4zyr0m(8 лет 5 месяцев)

У меня отец всю жизнь эти токамаки изучает, если кому что интересно, спрашивайте, я про них много чего знаю.

Аватар пользователя real
real(8 лет 6 месяцев)

интересно, очень! только не знаю, что спрашивать :)

может что-нибудь в стиле сайнц-поп напишете?

Аватар пользователя cr4zyr0m
cr4zyr0m(8 лет 5 месяцев)

Ну это вроде уже 100 раз писали, да и времени у меня мало, только если конкретные вопросы оставшиеся после прочтения готовых статей.

Аватар пользователя freeman
freeman(7 лет 2 недели)

Интересно знать, кто впереди планеты всей, и какое место занимает Россия 

Ну и ещё. Что перспективней, стеллараторы или токамаки? 

Аватар пользователя cr4zyr0m
cr4zyr0m(8 лет 5 месяцев)

Впереди все вместе т.к. все статьи публикуются в общедоступных журналах и все обо всём знают. Общими усилиями строят токамак во Франции (на Афтершоке есть цикл статей детально рассказывающих, с картинками, не мои). Лично моё мнение, всё это малоперспективно. Слишком сложно. Может токамак и домучают, но это не то, будущее за чем-то ещё не объявленым, может холодный синтез какой. Была новость про гораздо менее сложную систему, прямолинейную (токамак-бублик развёрнут в прямую камеру с пробками на концах, иногда называют пробкотрон). Раньше это не работало, через пробки много улетало, а сегодня не то научились, не то просто более мощные пробки-магниты сделали и стало лучше держать.

Аватар пользователя real
real(8 лет 6 месяцев)

эта сверхсложность вполне оправдана. Простоты больше не будет. Если энергию распада осилили только две сверхдержавы, то на порядки бОльшую энергию синтеза потянет технически и научно только весь объединенный мир. Вполне весомая причина для Глобализации мира на Научной основе, я так думаю.