3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Первая в мире термоядерная электростанци… Самое интересное в обзорах 25.10.2022 [14:37], Геннадий Детинич На днях компания General Atomics (GA) объявила о новой концепции экспериментальной термоядерной установки (FPP) для получения безопасной и экологически чистой термоядерной энергии. Вопрос о создании демонстратора вскоре будет решаться с партнёрами компании. В случае согласования проекта в США может появиться первая в мире электростанция на термоядерном синтезе, которая покажет жизнеспособность технологии. Источник изображения: General Atomics В основе проекта лежит предложенное General Atomics уникальное решение по съёму энергии термоядерного синтеза в бланкете из карбида кремния, а не широко используемой сегодня для изготовления токамаков стали. Решение General Atomics GAMBL (GA Modular Blanket) позволит поднять температуру теплоносителя в два раза с примерно 500 °C до свыше 1000 °C. Также в бланкете в процессе реакций вырабатывается тритий — будущий компонент топлива, что обеспечит самодостаточность процессам термоядерного синтеза. «Экспериментальная термоядерная установка General Atomics — это революционный шаг вперед для коммерциализации термоядерной энергии, — сказал д-р Уэйн Соломон (Wayne Solomon), вице-президент по энергии магнитного синтеза компании General Atomics. — Наш практический подход к созданию FPP является кульминацией более чем шестидесятилетних инвестиций в исследования и разработки в области термоядерного синтеза». Крупнейшим в мире экспериментом по созданию термоядерного реактора (токамака) с устойчивым самоподдерживающимся выходом энергии остаётся международный проект ИТЭР на юге Франции. Но электричество на реакторе ИТЭР вырабатываться не будет. Поэтому проект General Atomics будет выгодно отличаться от ИТЭР, хотя мощности установок будут несопоставимы по масштабам. Впрочем, повторить международный проект на уровне отдельных стран будет невозможно, тогда как относительно компактная установка General Atomics вполне может стать массовой, если она себя оправдает на уровне демонстратора. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1076307/perviy-v-mire-demonstrator-elektrostantsii-na-termoyadernom-sinteze-moget-bit-postroen-v-ssha Рубрики: Теги: ← В |
Бланкеты переводят энергию возникающих в процессе синтеза нейтронов в простой для дальнейшей утилизации вид. В частности, разогревая теплоноситель для дальнейшего использования в газовых турбинах для выработки электричества.
Поймать звезду в магнитную ловушку.
Ученые доказали возможность создания термоядерных АЭС
- Николай Воронин
- Корреспондент по вопросам науки
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, JET/UKAEA
Подпись к фото,
Стенка камеры-бублика выполнена из двух металлов: бериллия и вольфрама
Европейский коллектив ученых из расположенной под Оксфордом физической лаборатории JET впервые продемонстрировал на практике возможность создания термоядерных электростанций — практически неисчерпаемого источника чистой энергии будущего.
В ходе проведенного JET эксперимента, продолжавшегося около пяти секунд, физикам удалось получить 59 мегаджоулей полезной энергии (или около 11 МВт), что более чем вдвое превышает предыдущий мировой рекорд, установленный при проведении аналогичных экспериментов в 1997 году.
Впрочем, примечателен тут даже не объем произведенной энергии: этот показатель как раз довольно скромный по сравнению с любой электростанцией — примерно столько потребуется, чтобы вскипятить 60 электрических чайников.
Основное значение эксперимента — в том, что он на практике доказал правоту разработчиков экспериментального термоядерного реактора ИТЭР — «искусственного солнца», строительство которого вот уже полтора года идет на юге Франции при активном участии Росатома.
- «Спутник, водка, токамак». Во Франции начали строить искусственное солнце
- Ручное солнце. Когда термоядерные реакторы станут реальностью
«Проведенный JET эксперимент еще на шаг приближает нас к энергии термоядерного синтеза, — заявил журналистам доктор Джо Милнз, заведущий технической частью эксперимента и отвечающий за работу реактора. — Мы продемонстрировали, что способны создать внутри нашего устройства маленькую звезду — и удерживать ее там на протяжении 5 секунд.
По словам Милнза, это знаменует собой выход на совершенно новый уровень.
Существующие на сегодняшний день АЭС производят энергию за счет цепной ядерной реакции, то есть управляемого процесса расщепления атомов урана, сопровождающегося выделением значительного количества энергии (а также радиоактивных отходов).
Термоядерный синтез — обратный процесс, при котором атомы сливаются друг с другом, образуя новый химический элемент (не путать с соединением). Эта реакция, практически не оставляющая никаких вредных выбросов, сопровождается еще более мощным выделением энергии.
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
Контролировать высвобождаемую энергию настолько сложно, что вот уже более полувека физики пытаются сделать это на практике — но пока ученым удавались лишь экспериментальные образцы.
Именно ядерный синтез питает энергией звезды видимой нам Вселенной (включая и наше Солнце), в недрах которых атомы водорода буквально вдавливает друг в друга чудовищная гравитация, что позволяет поддерживать реакцию на протяжении миллиардов лет.
Однако воспроизвести слияние ядер в лабораторных условиях, мягко говоря, непросто.
Основная проблема с существующими экспериментальными реакторами состоит в том, что все они пока требуют больше энергии для запуска термоядерной реакции, чем удается получить в результате ее проведения.
Кроме того, на Солнце термоядерный синтез происходит при температуре около 10 млн градусов по Цельсию. На Земле, где гравитация примерно в 30 раз слабее солнечной, для протекания реакция нужна температура еще более высокая — около 100 млн градусов.
Автор фото, ITER
Подпись к фото,
Строительство первого рабочего термоядерного реактора ИТЭР было начало в июле 2020 в исследовательском центре Кадараш на юге Франции, в 65 км от Марселя
Поскольку контакта с раскаленным до такой температуры веществом не выдержит ни одно из известных науке химических соединений, еще в 1960-е годы советские ученые придумали удерживать раскаленную до астрономических температур плазму при помощи магнитных ловушек, заперев ее в тороидальную камеру (в форме бублика) — так, чтобы она не касалась стенок.
ИТЭР должен стать первым промышленным реактором, где реакцию термоядерного синтеза удастся масштабировать и перевести на промышленные рельсы.
DOE объясняет… Термоядерная наука и технология термоядерного синтеза
Управление
Наука
Центральный соленоид — пятиэтажный магнит весом 1000 тонн в центре ИТЭР. Он состоит из 22 миль сверхпроводящих кабелей и будет пропускать 15 миллионов ампер электрического тока (в миллионы раз больше, чем в доме) в плазме ИТЭР.
Изображение предоставлено General Atomics. В этой среде высокие температуры, потоки частиц, нейтронное облучение и другие экстремальные условия. Научные и технологические исследования в области термоядерного синтеза включают изучение конструкций и материалов для будущих термоядерных энергетических устройств. Он также включает в себя новые технологии и интегрированные системы для выработки электроэнергии в результате термоядерных реакций, разработки высокотемпературных сверхпроводящих магнитов, воспроизводства трития (топлива, необходимого для термоядерной реакции) и выпуска чрезвычайно горячих газов, выделяющихся во время синтеза.
Ядерная наука термоядерного синтеза решает проблемы, связанные с безопасностью и надежностью термоядерного синтеза. Например, термоядерная наука изучает, как обеспечить поставку тритиевого топлива и как построить термоядерные электростанции, которые можно было бы безопасно эксплуатировать, несмотря на их невероятно высокие условия нагрева и давления.
DOE Office of Science & Fusion Nuclear Science and Technology
В Управлении науки термоядерная наука и технологии финансируются в рамках программы Fusion Energy Sciences (FES), поскольку исследования и разработки в этих областях поддерживают развитие термоядерного синтеза как источника энергии . Программа поддерживает несколько областей исследований, включая программу US Fusion Blanket и Tritium Fuel Cycle. Исследования сосредоточены на методах извлечения топлива из бланкета, что требует опыта национальных лабораторий, университетов и частного сектора. В рамках программы FES исследователи разрабатывают необходимые технологии для проекта ИТЭР, в том числе центральный соленоид, один из самых больших и мощных сверхпроводящих магнитов в мире.
Другие виды деятельности, поддерживаемые в рамках FES, включают исследования безопасности термоядерного синтеза и системные исследования. Исследования термоядерных энергетических систем рассматривают долгосрочные области, такие как будущая термоядерная электростанция, и определяют пробелы в термоядерной науке и технологиях. Выявление этих пробелов помогает программам расставлять приоритеты в исследованиях с течением времени.
Fusion Nuclear Science and Technology Краткие сведения
- В магнитах ИТЭР используются кабели из сверхпроводящего материала ниобий-олово общей длиной более 100 000 километров. Этого достаточно, чтобы дважды обогнуть земной экватор.
- Соединенные Штаты разрабатывают ключевые ядерные технологии термоядерного синтеза, включая методы использования магнитов для сдерживания термоядерного синтеза и специальных материалов, способных выдерживать длительное воздействие экстремальных условий термоядерного синтеза.
Ресурсы и связанные с ними термины
- Наука о термоядерном синтезе в Окриджской национальной лаборатории
- Fusion Safety в Национальной лаборатории Айдахо
- Узнайте о совместных усилиях Министерства энергетики и частного сектора по развитию термоядерной энергетики в этих презентациях семинара в июне 2022 года.
Благодарности
Guin Shaw, Управление науки Министерства энергетики США
Научные термины могут сбивать с толку. Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях по всему научному спектру.
Fusion — Часто задаваемые вопросы
Каковы последствия термоядерного синтеза для окружающей среды?
Fusion является одним из самых экологически чистых источников энергии. В процессе термоядерного синтеза нет CO 2 или других вредных выбросов в атмосферу, что означает, что термоядерный синтез не способствует выбросу парниковых газов или глобальному потеплению. Два источника топлива, водород и литий, широко доступны во многих частях Земли.
В чем разница между ядерным делением и ядерным синтезом?
Оба являются ядерными процессами, поскольку они включают ядерные силы для изменения ядра атомов. Химические процессы, с другой стороны, связаны в основном с электромагнитной силой для изменения только электронной структуры атомов. При делении тяжелый элемент (с большим атомным массовым числом) расщепляется на фрагменты; в то время как синтез объединяет два легких элемента (с низким атомным массовым числом), образуя более тяжелый элемент. В обоих случаях высвобождается энергия, поскольку масса оставшегося ядра меньше массы реагирующих ядер. Причину, по которой противоположные процессы высвобождают энергию, можно понять, исследуя кривую энергии связи на нуклон. И реакции синтеза, и реакции деления смещают размер ядер-реагентов в сторону более высоких ограниченных ядер.
Производит ли Fusion радиоактивные ядерные отходы так же, как деление?
Недостаток атомных электростанций деления состоит в том, что они генерируют нестабильные ядра; некоторые из них остаются радиоактивными в течение миллионов лет.
С другой стороны, термоядерный синтез не создает долгоживущих радиоактивных ядерных отходов. Термоядерный реактор производит гелий, который является инертным газом. Он также производит и потребляет тритий на заводе в замкнутом цикле. Тритий радиоактивен (бета-излучатель), но его период полураспада короткий. Он используется только в небольших количествах, поэтому, в отличие от долгоживущих радиоактивных ядер, не может представлять серьезной опасности. Другая проблема — активация конструкционного материала реактора интенсивными потоками нейтронов. Это сильно зависит от того, какое решение для бланкета и других структур было принято, и его уменьшение является важной задачей для будущих экспериментов по термоядерному синтезу.
Может ли термоядерный синтез вызвать ядерную аварию?
Нет, потому что производство энергии синтеза не основано на цепной реакции, как деление. Плазма должна поддерживаться при очень высоких температурах при поддержке внешних систем нагрева и ограничиваться внешним магнитным полем..jpg)
Каждое смещение или изменение рабочей конфигурации в реакторе вызывает охлаждение плазмы или разгерметизацию; в таком случае реактор автоматически остановился бы в течение нескольких секунд, так как процесс производства энергии остановлен, а внешние воздействия не происходят. По этой причине термоядерные реакторы считаются безопасными по своей природе.
Можно ли использовать термоядерные реакторы для производства оружия?
Нет. Хотя водородные бомбы используют реакции синтеза, для их взрыва требуется дополнительная бомба деления. Условия работы термоядерного реактора с магнитным ограничением требуют ограниченного количества топлива в реакторе. Это топливо непрерывно впрыскивается и расходуется; поэтому никогда не бывает достаточного количества топлива для производства мгновенной мощности, необходимой для оружия.
Когда ожидается, что электроэнергия, вырабатываемая в результате синтеза, будет доступна?
В настоящее время термоядерные устройства производят более десяти мегаватт термоядерной энергии.