Энергетика ядерного синтеза становится на шаг ближе к реальности.

  Дата публикации: 18 Июнь 2012 l автор:

  
Исследователи из университета Теннеси (University of Tennessee, UT) благополучно закончили разработку одной из ключевых технологий, которая будет использована при создании экспериментального реактора термоядерного синтеза ITER. Реактор ITER является передовым и невероятно сложным проектом, поэтому он создается усилиями ученых, исследователей и инженеров из различных научных учреждений нескольких стран. Ведущую роль в проекте ITER играет Европейский союз, помимо стран которого в проект входят еще пять стран, в том числе Россия и США. 

Согласно расчетам, реактор ITER будет вырабатывать в 10 раз больше энергии, чем тратится на инициацию и поддержание управляемой реакции термоядерного синтеза. Строительство элементов конструкции реактора ведется в исследовательском центре ядерной энергетики Кадараш (Cadarache) на юге Франции. Согласно планам первые запуски реактора ITER должны состояться в 2020 году. 

«Цель проекта ITER заключается в том, что бы принести энергию термоядерного синтеза на коммерческий рынок, в мировую энергетическую систему. Энергия термоядерного синтеза более безопасна и более дешева, чем энергия, получаемая от расщепления урана» — рассказывает профессор Мэдху Мэдхукэр (Professor Madhu Madhukar). — «В термоядерных реакторах не может произойти спонтанной цепной реакции, что может привести к катастрофам, таким какие имели место быть в Чернобыле и в Фукусиме. В отличие от обычных реакторов, реакторы синтеза используют подобие естественных процессов, которые в более больших масштабах протекают на Солнце». 

В рамках проекта ITER специалисты Лаборатории разработки магнитных систем (Magnet Development Laboratory, MDL) и 15 студентов университета Теннеси работают, начиная с 2008 года. На их долю выпала разработка системы изоляции и стабилизации основного соленоида реактора, который весит без малого 1000 тонн. Реактор «Токмак» использует магнитные поля для удержания плазмы, горячего газа, заряженного электрически, в форме тора. Основную роль в этом процессе играет центральный соленоид реактора, который в случае реактора ITER состоит из шести гигантских катушек, сложенных друг поверх друга. Магнитное поле, генерируемое основным соленоидом, регулирует поток плазмы, воспламенение и поддержание реакции термоядерного синтеза. 

Ключом к созданию изоляции соленоида стал выбор соответствующего материала. Этим материалом стал материал, известный как стеклотекстолит, смесь стеклянного волокна с эпоксидной смолой в качестве связующего. Свойства эпоксидной смолы размягчаться и становиться пластичной при нагревании было использовано исследователями для обеспечения снятия механических напряжений в конструкции соленоида, которые возникают во время его работы. 

Но исследователи применили в конструкции соленоида не обычный стеклотекстолит, который широко используется в производстве печатных плат и других электротехнических изделий. Помимо стекловолокна в материал была введена масса различных присадок, которые позволили материалу сохранять требуемые свойства в широком диапазоне условий окружающей среды, таких как температура, глубина вакуума и механические нагрузки. 

На разработку технологии было потрачено почти два года времени, а на пропитку обмоток макета центрального соленоида и на контроль результата было потрачено в общей сложности всего 2 дня. В настоящее время технология передана специалистам компании General Atomics из Сан-Диего, которая в ближайшее время начнет изготовление рабочего образца центрального соленоида, который впоследствии отправится во Францию и будет установлен в реакторе ITER. 

Физики нашли метод борьбы с неустойчивостью реакции ядерного синтеза. 

 

Ученые-физики из Швейцарского политехнического университета Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) впервые в истории нашли метод борьбы с неустойчивостью реакции, наблюдаемой в реакторах ядерного синтеза. Это достижение имеет важное значение и будет использовано при сооружении реактора термоядерного синтеза ITER, строительство которого сейчас ведется на юге Франции. 

Искусственный ядерный синтез представляет собой попытки ученых воспроизвести на Земле процессы, происходящие в недрах Солнца. Когда газ нагревается до температуры в несколько миллионов градусов он превращается в высокотемпературную плазму, в которой начинает происходить реакция термоядерного синтеза. Но иногда в недрах плазмы возникают аномальные неустойчивости, сила которых может стать очень большой и которые заставляют колебаться плазменный шнур, несмотря на наличие удерживающего магнитного поля. В некоторых случаях это приводит к тому, что плазма касается стен реактора, быстро охлаждается, что приводит к появлению мощных электромагнитных всплесков, действующих на внутренние элементы конструкции реактора. 

Проблема, которую удалось решить физикам, заключается в воздействии на возникающие неустойчивости плазмы таким образом, что бы полностью их подавить, не мешая при этом, нормальной работе самого реактора. Для этого Джонатан Грэйвс (Jonathan Graves) и его коллеги из Центра исследований физики плазмы EPFL использовали уже имеющиеся в реакторе излучатели электромагнитного поля. «Нацеливая» излучение этих излучателей точно в область формирования неустойчивости, управляя силой и модуляцией излучения, ученым удалось полностью подавить неустойчивости в самые первые моменты их возникновения. 

Привлекательной стороной такого подхода является то, что ученые смогли использовать излучатели и антенны, которые уже имеются в конструкции реактора Joint European Torus (JET) и служат для разогрева плазмы электромагнитным излучением. Проведенное моделирование и проведенные тесты показали, что нагрев плазмы и подавление неустойчивости могут проводится с помощью одного и того же оборудования параллельно, совершенно не мешая друг другу. 

Следующим шагом, который будут реализовывать ученые, будет установка системы датчиков, с помощью которых можно будет нейтрализовывать возникающие неустойчивости в режиме реального времени и сколь угодно длительное время. 

Создание компактного термоядерного реактора вступает в завершающую фазу. 

 

В соответствии с контрактом от ITER, копания Tokamak Solutions, располагающаяся в Оксфорде, получила последнюю часть финансирования, направленного на проектирование и изготовление опытного образца компактного термоядерного реактора, который может использоваться как источник энергии и как источник быстрых нейтронов для множества других применений. Сферический термоядерный реактор Tokamak Solutions имеет диаметр всего в два метра и может обеспечить выход энергии на уровне одного мегаватта, работая в диапазоне средней температуры плазмы 

Конечно, основным назначением нового реактора будет его использование в качестве источника экологически чистой энергии для различных областей, и в частности, для производства водорода, который будет затем использоваться в качестве топлива и энергоносителя. Но использование реактора Tokamak Solutions в качестве источника высокоэнергетических быстрых нейтронов позволит получать с его помощью редкие изотопы для медицинского и промышленного использования, обезвреживать радиоактивные отходы деятельности атомных электростанций, и использовать его в качестве модуля гибридных энергетических реакторов, работающих на реакциях синтеза-расщепления. 

В настоящее время подана патентная заявка на конструкцию нового реактора, идея которой принадлежит Михаилу Грязневичу и Алану Сайкесу, ученым, проработавшим в области термоядерного синтеза более 20 лет. Алан Сайкес, ныне технический директор Tokamak Solutions, рассказал: «Процесс термоядерного синтеза производит большое количество нейтронов, а использование сферической конструкции реактора позволяет более эффективно управлять течением реакции синтеза. Это означает, что наш реактор и в качестве источника энергии, и в качестве источника протонов для других применений, является более эффективным и более компактным решением, чем другие проекты, разрабатываемые в рамках программы ITER». 

Но самым многообещающим применением нового реактора разработчики считают его использование в качестве утилизатора радиоактивных отходов ядерных электростанций. Грязневич, старший научный сотрудник Tokamak Solutions, говорит по этому поводу: «Захоронение радиоактивных отходов является делом дорогостоящим и опасным. Распадаясь в течение долгих лет эти отходы выделяют большое количество тепла и другие радиоактивные элементы. Наш компактный источник нейтронов — первая в мире система, основанная на общедоступных технологиях, имеет огромный потенциал для того, что бы стать основным «уборщиком» радиоактивных отходов». 

http://planeta.moy.su/blog/ehnergetika_jadernogo_sinteza_stanovitsja_na_shag_blizhe_k_realnosti/2012-06-18-22492

Рекламный блок

Прокомментировать

Вы должны быть авторизованы для комментирования.