deniissko
5 месяцев назад
Третий путь атомной энергетики: Токамак Т-15МД или как в городе Саров строят рукотворное солнце
В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15 – прототипа будущих гибридных реакторов, сейчас термоядерщики ждут ключевые элементы нового токамака Т-15МД: вакуумной камеры с уже смонтированной магнитной системой. Хотя проект называется модернизацией, по сути это будет первая за последние 20 лет новая термоядерная установка в России.
Территория Курчатовского института занимает более сотни строго охраняемых гектаров. После дотошного – с изучением содержимого багажа и бардачка – досмотра на въезде нам пришлось снова сесть в машину, чтобы добраться до расположенного в глубине территории высокого ангара. «Место здесь такое – «намоленное» для всего термоядерного сообщества»
Именно в этом здании в конце 1950-х годов был сооружен первый в мире токамак, а в 1979 году заработал Т-7, в котором мощное магнитное поле впервые создавалось катушками из сверхпроводников. В 1988-м, готовясь к строительству международного термоядерного реактора ITER, здесь запустили Т-15, показав возможность применения в установках реакторного масштаба сверхпроводящих магнитов из сплава ниобий-олово. Теперь, когда во Франции вовсю идут работы над ITER, сам Т-15 проходит модернизацию.
Монтаж центрального соленоида Т-15, 80-е годы
Т-15 в своё время он стал одним из первых в мире прототипов промышленного термоядерного реактора, который использует сверхпроводящие магниты для управления плазмой. Реактор с стандартной тороидной камерой, большим радиусом 2,43 м и малым радиусом 0,7 м продемонстрировал, что советская физика идёт по правильному пути к получению термояда.
Т-15 получил первую термоядерную плазму в 1988 году и продолжал работу до 1995 года
Ниже фото (2020г) T-15МД
физический пуск запланирован на 2020 год. На нём будут отрабатывать технологии, «которые необходимы для термоядерного источника нейтронов именно для гибридного реактора».
Внутренний объем вакуумной камеры Т-15МД составляет около 47 кубометров. Она изготовлена под Петербургом, в НИИЭФА имени Ефремова, из нержавеющей стали марки AISI 321. Вскоре ее внутреннюю поверхность выложат графитовой плиткой.
Сверхпроводящая магнитная система удержания плазмы требует криогенных температур, поэтому подобные установки и называют «холодными». В отличие от «холодного» токамака Т-15, новый Т-15МД будет «теплым»: 16 его магнитов сверхпроводимость не используют и охлаждения не требуют, их катушки намотаны из обычного медного проводника с добавлением менее чем 1% серебра. Такое «легирование» не ухудшило электропроводность, но сделало проводник прочным, как сталь. Если прежде механические нагрузки, возникающие при работе магнитной системы, попросту разрушали ее, то теперь «теплые» магниты из серебросодержащей меди способны создать и выдержать достаточно высокое магнитное поле в 2 тесла, необходимое для работы токамака с аспектным отношением (отношением внешнего и внутреннего радиусов плазменного шнура) 2,2.
Гибридный термоядерный реактор получает энергию и от распада атома (как обычная атомная станция) и от синтеза, то есть он сочетает в себе принципы ядерной и термоядерной энергетики
Гибридный токамак Т-15МД будет работать на тории, который стоит дешевле, а запасы его больше, чем у урана. Основное его отличие от термоядерного реактора заключается в том, что для получения энергии гибридному реактору не нужно получать сверхвысокие температуры.
Согласно техническому описанию, установка Т-15МД будет иметь вытянутую конфигурацию плазменного шнура с аспектным отношением 2.2, током плазмы 2 МА в тороидальном магнитном поле 2 T с квазистационарной системой дополнительного нагрева суммарной мощностью до 20 МВт. Установка рассчитана на длительность импульса до 30 с.
В настоящее время работы по модернизации установки Т-15МД переходят в фазу подготовки к физическому пуску токамака.
Гибридная система не нуждается ни в полноценном ядерном, ни в термоядерном реакторе. Токамак в ней служит только источником нейтронов, запускающих ядерный распад топлива во внешнем бланкете. Нет необходимости в устойчивой реакции слияния, поэтому критерий Лоусона соблюдать уже необязательно, и дейтерий-тритиевую плазму достаточно нагреть до сравнительно умеренных температур, 30–50 млн градусов, а нейтроны образуются за счет взаимодействия ускоренных в инжекторах пучков атомов дейтерия с этой плазмой. Упрощается и ядерная половина гибрида. Распад топлива в ней уже не должен быть самоподдерживающимся, он стимулируется за счет нейтронов, вылетающих из дейтерий-тритиевой плазмы. «Цепной реакции не происходит: выключаете токамак, и деление прекращается, нет никакой опасности аварии»
В гибридном режиме Т-15МД использует плазменный шнур с увеличенным внутренним радиусом (отношение к внешнему 1:2,2). «Скоро начнем откачку воздуха из камеры до глубокого вакуума, чтобы проверить качество сварки и всех соединений, – продолжает Петр Хвостенко. – Запустим установку в декабре 2020 года. Пока что в целях безопасности будем работать с плазмой из обычного водорода. Но к 2035-му в Протвино или Обнинске с учетом отработанных здесь технологий планируется построить уже реальный, большой гибридный реактор на дейтерии и тритии. Можно сказать, вы познакомились с прототипом»
Управляемый термоядерный синтез — настоящая чаша святого Грааля для энергетики. Если физики научатся удерживать плазму в магнитной ловушке и тратить на магниты меньше энергии, чем выделяется в результате реакции, то человечество получит практически неисчерпаемый источник чистой энергии, а об ископаемом топливе из углеводородов и урана можно будет забыть, тем более что их запасов надолго не хватит. По оценкам учёных, запасов урана-235 человечеству хватит всего лишь на 50−70 лет, так что строить новые АЭС обычного типа сейчас нерационально.
Некоторым специалистам очевидно, что будущее — за термоядерным синтезом. Попытки создать рабочий термоядерный реактор предпринимались неоднократно. С 2007 года идёт строительство ИТЭР (Международного экспериментального термоядерного реактора), но проект значительно выбился из сметы в $5 млрд, а сроки сдачи неоднократно переносились.
Проводятся и другие эксперименты с термоядерным синтезом. Например, в Массачусетском технологическом институте совместно с компанией Commonwealth Fusion Systems приступили к строительству действующего прототипа термоядерного реактора со сверхмощными магнитами гораздо меньшего размера (используется сверхпроводник YBCO, оксид иттрия-бария-меди). Для начала MIT собирается за 10 лет изготовить прототип реактора на 100 МВт, имеющего размер всего 1/65 от ИТЭР. Он будет выдавать энергию импульсами по 10 секунд — тепло не планируется преобразовывать в электричество, но учёные рассчитывают, что выдаваемая энергия будет примерно вдвое больше, чем затраты на нагрев плазмы. Затем начнётся строительство реактора на 200 МВт с генератором, отдающим электроэнергию в общую сеть. Если проект завершится успешно в заявленный срок 15 лет, то это может быть первая в мире реально работающая термоядерная электростанция.
Вместе с возобновляемой энергетикой термоядерная энергия — самая реальная надежда человечества обеспечить растущие энергетические потребности.
Режим ITER - международная сеть термоядерных реакторов.
«У каждой страны – участницы проекта ITER должен быть собственный токамак, подходящий для отработки тех или иных элементов будущего большого международного реактора, – говорит Петр Хвостенко. – Для нас таким станет Т-15МД, способный работать также в «режиме ITER», при котором аспектное отношение составляет 3,1». Даже умеренное по меркам термоядерной физики магнитное поле в 2 Т позволит удерживать плазму 30-секундными разрядами. За это время ее конфигурация стабилизируется, позволяя полноценно имитировать работу будущего реактора ITER.
Наука Термоядерный реактор Популярная механика Россия Длиннопост https://pikabu.ru/story/tretiy_put_atomnoy_yenergetiki_tokamak_t15md_ilikak_v_gorode_sarov_stroyat_rukotvornoe_solntse_7881707
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Ответы на детские вопросы про "Лунную Афёру"
(1)
kauperwud
,
28.02.2022
-
Космический корабль в несколько километров: все, что известно о новом проекте Китая
(2)
андрей1
,
27.02.2022
-
ЗАГАДКИ "ПАРАДОКСА ФЕРМИ" БОЛЬШЕ НЕТ?
(3)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Марсианские реки
(1)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Семь спорных причин считать, что на Земле существовали цивилизации до людей
(1)
donskarloss@gmail.com
,
24.02.2022
20240424175437