Значительный шаг к достижению устойчивого ядерного синтеза был сделан благодаря модернизации корейского «искусственного солнца» под названием KSTAR, способного выдерживать температуру, в шесть раз превышающую температуру в центре Солнца. Эта модернизация призвана внести вклад в крупнейший в мире термоядерный проект ITER, в котором участвуют 35 стран.
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез — процесс, при котором энергия вырабатывается путем объединения двух атомов в один более крупный атом, — является перспективным источником энергии, подобно тому, как ее вырабатывает наше Солнце.
В отличие от деления ядер, которое в настоящее время используется в энергетике, термоядерный синтез не приводит к образованию радиоактивных отходов и обеспечивает значительно более высокий выход энергии, производя в три-четыре раза больше энергии.
Подходы к ядерному синтезу включают использование лазеров и магнитного удержания.
При магнитном удержании используются такие устройства, как токамаки — камеры магнитного удержания в форме пончика. В этих устройствах используются мощные магниты для удержания очень горячей плазмы — четвертого состояния материи, создаваемого при нагревании атомов до экстремальных температур. Однако для воспроизведения условий термоядерного синтеза на Земле требуется температура, примерно в шесть раз превышающая температуру в центре Солнца.
KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research), также известный как корейское «искусственное солнце», является одним из таких устройств, использующих магнитное сдерживание.
Большой шаг вперед
Дивертор, ключевой компонент термоядерного реактора, — это часть устройства, находящаяся в непосредственном контакте с плазмой, образующейся в результате термоядерной реакции. Его основная функция — отвод продуктов реакции, тем самым поддерживая условия, необходимые для продления термоядерной реакции.
Изначально на KSTAR был установлен углеродный дивертор, но недавно его модернизировали, заменив вольфрамовым дивертором. Выбор вольфрама обусловлен его исключительными физическими свойствами, которые делают его подходящим для данного конкретного применения. Как металл, вольфрам имеет высокую температуру плавления, что означает, что он может выдерживать экстремальные температуры, создаваемые термоядерной плазмой.
В частности, когда плазма положительно заряженных ионов и электронов вступает в контакт с вольфрамовым дивертором, более массивные атомы вольфрама с большей вероятностью отражают частицы плазмы от своей поверхности. Это минимизирует потерю энергии плазмы, позволяя поддерживать термоядерную реакцию в течение более длительного времени.
Выбрав вольфрамовый дивертор, KSTAR стремится увеличить продолжительность и общую эффективность его работы. Инженеры, которые в настоящее время способны эксплуатировать конструкцию в течение 30 секунд при температуре 100 миллионов градусов Цельсия, теперь ставят перед собой амбициозную цель — достичь 300 секунд к концу 2026 года.
Эти достижения помогут получить важнейшие данные для разработки и оптимизации проекта ITER, крупнейшего токамака в мире, который в настоящее время строится во Франции. По прогнозам, первая плазма будет получена в 2025 году, а масштабные операции начнутся в 2035 году.
Другие новости по теме...
