Китайский токамак установил новый рекорд по удержанию плазмы в 2,6 раза горячее Солнца

Новый рекорд открывает новые возможности для получения чистой энергии.

5 января 2022, 10:20 | Автор: Максим Григорьев

Китайский токамак установил новый рекорд по удержанию плазмы в 2,6 раза горячее Солнца

Камера в форме пончика китайского экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего реактора Токамак / IPP

Хорошие новости для прогресса термоядерной энергии и новый мировой рекорд для Китайской академии наук, поскольку ее экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST), или "искусственное солнце", поддерживает температуру 70 миллионов градусов Цельсия в течение 1056 секунд.

Высокотемпературная плазма является важной частью многих крупномасштабных инициатив в области термоядерной энергетики по воспроизведению условий, которые делают Солнце достаточно мощным термоядерным реактором, чтобы нагреть нашу Солнечную систему, с целью в конечном итоге обеспечить безопасную и чистую энергию для человечества.

Тепло можно рассматривать как энергетическую вибрацию атомов, и эта вибрация становится настолько экстремальной при сверхвысоких температурах, что атомы начинают беспорядочно врезаться друг в друга с достаточной скоростью, чтобы скрепить свои ядра, сплавляя их вместе и создавая новый атомный элемент.

Если вы используете легкие атомы из нижнего края периодической таблицы - как Солнце, превращая водород в гелий - новый атом весит меньше, чем два исходных вместе взятых, а разница в массе выбрасывается как тепловая энергия. В ядре Солнца при температуре около 27 миллионов ° C каждую секунду плавится около 620 миллионов метрических тонн водорода в примерно 616 миллионов метрических тонн гелия, превращая около 4 миллионов тонн вещества в энергию.

Небольшая часть этого в конечном итоге доходит до Земли в виде электромагнитного излучения, снабжая нас видимым светом, ультрафиолетовым, инфракрасным, радиоволнами, рентгеновскими и гамма-лучами, и без этого щедрого солнечного дара энергии жизнь не была бы возможной.

Термоядерные реакторы типа токамаков, такие как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), явно не обладают колоссальными масштабами и гравитацией Солнца, но они стремятся нагреть атомы водорода, в частности изотопы дейтерия и трития. При столкновении друг с другом, они высвобождают энергию, которую можно собрать, и поддерживать реакцию по мере поступления дополнительных атомов водорода.

Целевая температура ИТЭР составляет 150 миллионов ° C. Завод EAST в Китае, который является ключевым участником проекта ИТЭР, уже достиг этой отметки, достигнув 160 миллионов ° C за 20 секунд и удерживая 120 миллионов ° C в течение 101 секунды.

Последний эксперимент проверял способность китайского токамака выдерживать экстремальные температуры в течение более длительных периодов времени, поддерживая температуру в 2,6 раза выше, чем ядро Солнца, в течение примерно 1056 секунд, или 17 минут 36 секунд. Никто раньше не поддерживал высокотемпературную плазму в течение 1000 секунд, так что это важная веха.

Естественно задаться вопросом, как эти безумные температуры могут существовать на Земле, не заставляя весь токамак расплавиться или сгореть до корки. По сути, кольцеобразная форма внутренней камеры токамака облицована самыми термостойкими материалами, например, вольфрамом и углеродом. Поскольку даже они будут разрушены, если подвергнуться воздействию сотен миллионов градусов, перегретая плазма сдавливается прямо в середину камеры, как можно дальше от стен, используя мощные магнитные поля.

Однако наиболее важно то, что эти необычайные температуры достигаются в небольшом количестве плазмы по сравнению с размером камеры, поэтому энергия быстро рассеивается, прежде чем достигнет стенок.

Важно уточнить: EAST не создал термоядерную реакцию, а просто создал устойчивую перегретую плазму, подобную той, которая в конечном итоге будет использоваться для создания термоядерного синтеза. Так что на данный момент это далеко не положительно с точки зрения энергии. На данный момент термоядерный синтез в стиле токамака находится еще далеко от этой благородной цели, и охватывающий весь мир проект ИТЭР уже был описан как самый дорогостоящий научный эксперимент всех времен и самый сложный инженерный проект в истории человечества, с тех пор как он действительно генерирует тепло в результате реакций синтеза, он будет выделять это тепло, а не пытаться уловить и использовать его.

В самом деле, нам, вероятно, придется дождаться преемника класса DEMO для ИТЭР, подобного тому, который запланировал EUROfusion, прежде чем мы увидим, что большой токамак вырабатывает полезное количество электроэнергии. В то время как ИТЭР стремится к значению Q, равному 10 - вкладывая 50 МВт тепловой энергии и генерируя 500 МВт общей тепловой мощности, реактор DEMO в ЕС нацелен на выработку 80 МВт и выработку около 2 ГВт.

В настоящее время планируется начать эксплуатацию в 2051 году.

Напомним, ранее сообщалось, что стартап, обещавший ядерный синтез к 2024 году, получил миллиарды.