Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиПоискОблакоComboВсе проекты

Китайское «искусственное Солнце» — первый серьезный шаг к созданию термоядерных электростанций

По прошествии 10 лет, в 2018 году NASA наконец произвело запуск космического аппарата Parker Solar Probe. Его миссия — исследование электромагнитных полей, блуждающих на поверхности Солнца, а также изучение процессов, разгоняющих солнечный ветер до сверхзвуковых скоростей.

В 2019 году Национальная ядерная корпорация Китая (CNNC) заявила, что планирует к концу года построить установку HL-2M Tokamak, которую в народе называют «искусственное Солнце». Все верно, пока американцы изучают наше светило в далеком космосе, китайские власти решили сотворить Солнце прямо на Земле.

На днях стало известно, что в Китае, не отставая от графика, все же был успешно запущен экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Согласно прогнозам ученых, установка позволит удерживать внутри реактора плазму, разогретую до 150 млн градусов по Цельсию. Для сравнения, ядро настоящего Солнца имеет температуру в 10 раз ниже. Мы решили более подробно разобраться, что представляет собой китайское “искусственное Солнце”, с чего начиналась история создания термоядерных реакторов, зачем все это нужно и чем опасно.

Фото: Xinhua / Chinese Academy of Science

История создания Токамаков

Что такое Токамак — это тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Его миссия заключается в создании необходимого состояния, при котором возможно прогнозируемое управление термоядерным синтезом. Удивим вас, а может и нет, но задумка управляемого термоядерного синтеза родилась в СССР около 70 лет назад. Сам термин “токамак” также был придуман в Советском Союзе в 50-х годах Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Токамак расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками. Термин активно используется в большей части существующих языков. 

Первый подобный реактор был создан в 1954 году, и на протяжении долгих лет они существовали исключительно на территории СССР. Только спустя 14 лет, когда в 1968 году термоядерный реактор T-3 смог разогреть плазму до 11,6 млн градусов по Цельсию, ученые из Великобритании посетили советских коллег, чтобы зафиксировать столь грандиозное событие, в которое до этого отказывались верить. Новость моментально разлетелась по миру, после чего начался настоящий бум строительства токамаков.

Фото: fusionforenergy.europa.eu

Возвращаясь к Китаю, инженеры и ученые Поднебесной впервые смогли запустить экспериментальный термоядерный реактор HT-7 только в 1994 году. В 2003 в Китае решили начать собирать новый сверхпроводящий токамак EAST, а запустили его в 2006 году. Именно EAST первым достиг отметки разогрева плазмы в 100 млн градусов. На протяжении 14 лет китайские ученые плотно работали над уменьшением размеров термоядерных реакторов, а также решали проблему более длительного поддержания синтеза. Нынешний рекорд самой длинной реакции по времени составляет 6,5 минут и поставили его еще в далеком 2003 году во Франции на установке WEST.

Как работает термоядерный реактор

Сперва разберемся, как работает токамак и что происходит за его стенками. Мы сказали, что внутри установки до невиданных ранее температур разогревается плазма, но что удерживает ее внутри? Металлическая стенка не в состоянии выдержать температуры в сотни миллионов градусов, а вот мощнейшему электромагнитному полю это под силу. Разогретую плазму удерживает внешнее тороидальное и внутреннее полоидальное поле тока, протекающее по плазменному шнуру. Электрический ток одновременно обеспечивает и разогрев плазмы, и удержание ее в состоянии равновесия в вакуумной среде. Единственная сложность - это длительность удержания реакции в условиях ограниченного пространства. Новенький HL-2M Tokamak, запущенный на днях в Поднебесной, способен удерживать разогретую до 150 млн градусов плазму в равновесии не более 10 секунд!

Фото: ITER

Миссия «искусственного Солнца»

Основная часть энергии в мире получается за счет сжигания легкодоступных полезных ископаемых. Однако запасы их конечны, да и окружающей среде наносится непоправимый вред. Идея токамака - получение чистой, практически неиссякаемой энергии посредством управляемого термоядерного синтеза. Китайское детище HL-2M Tokamak — это не просто мощная установка, а еще один шаг на пути к достижению этой цели. Для того, чтобы человечество смогло создавать функциональные термоядерные реакторы, служащие во благо, необходимо выполнение трех важнейших условий:

  • достижение температурной границы ионов до 100 млн градусов и выше, чтобы реакция синтеза стала самоподдерживающейся;
  • удержание разогретой плазмы в течение длительного времени внутри ограниченного пространства;
  • обеспечение высокой плотности разогретого вещества.

HL-2M Tokamak уже способен выполнить первое условие. Если ученые Китая смогут решить две оставшиеся задачи, то новенький токамак ляжет в основу ныне создаваемого Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER). 

Фото: Wikimedia / Oak Ridge National Laboratory / CC BY 2.0

На пути к великой цели

Создание и успешные испытания HL-2M Tokamak в Поднебесной — это следующая ступень на пути к получению безубыточной термоядерной энергии. Именно в этом и заключается миссия ITER. Международный мегапроект финансируется и управляется 7-ю странами-членами: ЕС, Китаем, Индией, Японией, Россией, США и Южной Кореей, а всего он включает участие около 35 стран. Хотя свое существование проект начал в 2007 году, а задумка о его создании тянется еще с 1985 года, сам термоядерный реактор для комплекса ITER начали строить только в 2013 году.

Установка по итогу должна стать самой большой среди всех построенных токамаков с 1950-х годов. Именно ее создают уже не для научных целей, а как первый рабочий термоядерный реактор, способный производить достаточное количество энергии, спрос на которую с каждым годом становится все выше. В итоге успешная реализация ITER даст толчок к разработке коммерческих термоядерных электростанций. Это позволит получать экологически чистую энергию, отказавшись от «грязных» ТЭС или условно безопасных АЭС. При этом полученная электроэнергия будет дешевой, сравни той, которую производят АЭС и это без надобности последующего захоронения ядерных отходов. По состоянию на 31 августа 2020 года ITER готов на 70% к выпуску первой партии плазмы. Нынешняя стоимость проекта составляет более 22 млрд евро, а к моменту запуска, который произойдет в 2035 году, общие затраты составят не менее 65 млрд евро.

Фото: fusionforenergy.europa.eu

В чем опасность «искусственного Солнца» и токамаков в целом

Естественно, установка имеет не только положительные, но и отрицательные стороны. Нет, никаких сверхмассивных взрывов, появление очередного Чернобыля или черной дыры, в случае чего, не предполагается. Но проблемы есть и большая часть критиков заявляют, что термоядерные реакторы, в частности ITER, нежизнеспособны по ряду причин:

  • высокоэнергичные нейтроны в реакторе невозможно будет долго удерживать в равновесии и они повредят его стенки, выведя установку из строя;
  • нейтронная бомбардировка внутри реактора может вызвать радиоактивность, тем самым загрязняя его и делая невозможным последующее обслуживание и эксплуатацию;
  • уже сейчас наблюдается повышенная нагрузка на диверторы (устройства внутри реактора, отвечающие за удаление отходов из плазмы во время его работы). Это значит, что в будущем при создании коммерческих электростанций необходимо будет применять диверторы нового типа, однако на их разработку до сих пор не выделяется финансирование;
  • последнее — опасность мощного взрыва установки, поскольку ученые до сих пор не в состоянии полностью контролировать высокоэнергетические изотопы водорода дейтерия и трития, используемые в термоядерном синтезе ITER.

Но не все так печально, поскольку специалисты, занимающиеся разработкой токамака ITER уверяют, что термоядерный реактор в сотни раз безопаснее ядерных реакторов деления в вопросе образования радиоактивных отходов. Фактически, установка имеет нулевое радиационное и газообразное загрязнение окружающей среды. Кроме того, последние исследования позволили на 50% снизить прогнозируемые затраты на поддержание реакции в токамаках, а также увеличить мощность будущих установок до 2000 МВт высвобождаемой энергии. Это не говоря уже о том, что термоядерные электростанции помогут повернуть вспять процессы по изменению климата и в целом улучшить экологическую обстановку на Земле.

Это тоже интересно:

Поделись с друзьями — нажми на одну из кнопок ниже!
Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Комментарии
81
Вячеслав rvv
Маил ру по фоткам решило разобраться что такое реактор... ваще дно, рекламные эксперты айфонов и продаванов с алиэкспресс
СсылкаПожаловаться
Дмитрий Соколов
О чём вообще речь? В каком году - кто помнит - с шумом и помпой запускался наш Т-15. И крупно облажался. А ведь кричали - и ВЧ подогрев плазмы, и инжекция быстрых атомов... Не знаю, как сейчас, но ранее говорили, что токамаки - чисто научные установки, в промышленных масштабах использованы быть не могут. Со времён Т-15 у нас не построен ни один токамак. В чём причина, а?
СсылкаПожаловаться
Фёдор Ткаченко
Не статья а фуфло. В СССР токамаки с 60 годов стоят. В качестве исследовательского инструмента - они подходят. В качестве выроботки энергии пока(о чём стаьте и утверждается) - нет. Попытка создать промышленный термояд - ITER, так он строится ВСЕМ МИРОМ, т.к. эту хрень ни одна страна не сможет осилить . В проекте ИТЕР учавствую все более менее развитые державы, РФ,США, Франция,Германия,Англия, Китай, Индия - все ядерные страны и толпа безядерных - всех не перичислить...
СсылкаПожаловаться
Сергей Викторович
В ответ на комментарий от Алексей
Алексей
Вы всё врёти! Коммунисты специально отбирали самых умных учёных и сразу расстреливали на Колыме. Поэтому в СССР ничего кроме калош не производили.
СсылкаПожаловаться
На Колыме работать надо Расстреливать туда возить экономически несообразно Расстрельных мест и в москве полно
СсылкаПожаловаться
Хозяин
эти тиаретики "безопасные", а как е...т так сразу в кусты
СсылкаПожаловаться
Proteus
В ответ на комментарий от pavel62
pavel62
Если и изобретут что-то вроде искусственного солнца, то в случае неполадок или аварии во время эксплуатации планета Земля может прекратить своё сущестрование!
СсылкаПожаловаться
нет.. термояд в отличии от ядерных реакторов, очень безопасный и чистый, там не будет расплава активной зоны, утечки всякой грязи в случае аварии. И в теории он гораздо эффективнее по КПД. И в космос ты с обычным ядерным реактором не налетаешься. А во вторых не изобретут. Там десятки разных проблем решать надо, мы технически до создания таких реакторов не доросли. Ближайщие сто лет, только опытные установки будем стоить, для изучения проблемы, они там на том же основании что и коллайдеры нужны.
СсылкаПожаловаться
Олегсин
В ответ на комментарий от Высотные работы
Высотные работы
На солнце нет термоядерных реакций. Солнце это дыра из 8 и 9 того измерения с потоком энергии для поддержания 3-4 измерения. Все что в физическом плане наблюдается на солнце это материализация этой самой энергии в плотность физического мира.
СсылкаПожаловаться
и это интересное мнение........
СсылкаПожаловаться
Алексей
Вы всё врёти! Коммунисты специально отбирали самых умных учёных и сразу расстреливали на Колыме. Поэтому в СССР ничего кроме калош не производили.
СсылкаПожаловаться
pavel62
В ответ на комментарий от pavel62 История переписки4
pavel62
Здесь говорится о температуре в 150000000 градусов и термоядерный синтез и если такая штука рванёт... Если нагреть предмет диаметром 1см. до 1000000 гр., то в радиусе 1500 м. сгорит всё. Коллайдер тоже стука не изученная и последствия в случае аварии не известны. возможно образование крошечной чёрной дыры и тогда... кердык
СсылкаПожаловаться
Мы так можем на экспериментироваться, что уничтожим планету.
СсылкаПожаловаться
pavel62
В ответ на комментарий от Игорь Никитин История переписки3
Игорь Никитин
такая же, как большой адронный коллайдер и сети 5G, я так понимаю? ;)
СсылкаПожаловаться
Здесь говорится о температуре в 150000000 градусов и термоядерный синтез и если такая штука рванёт... Если нагреть предмет диаметром 1см. до 1000000 гр., то в радиусе 1500 м. сгорит всё. Коллайдер тоже стука не изученная и последствия в случае аварии не известны. возможно образование крошечной чёрной дыры и тогда... кердык
СсылкаПожаловаться
Игорь Никитин
В ответ на комментарий от pavel62 История переписки2
pavel62
И крайне опасная затея для планеты.
СсылкаПожаловаться
такая же, как большой адронный коллайдер и сети 5G, я так понимаю? ;)
СсылкаПожаловаться
АРХИТЕКТОР ВСЕЛЕННОЙ
Эх сколько еще бабла отмоют, пока что то не решится)
СсылкаПожаловаться
pavel62
В ответ на комментарий от Игорь Никитин
Игорь Никитин
Потенциально это практически неисчерпаемый источник сверхдешевой и экологически чистой энергии. Крайне интересная разработка
СсылкаПожаловаться
И крайне опасная затея для планеты.
СсылкаПожаловаться
pavel62
Если и изобретут что-то вроде искусственного солнца, то в случае неполадок или аварии во время эксплуатации планета Земля может прекратить своё сущестрование!
СсылкаПожаловаться
Высотные работы
На солнце нет термоядерных реакций. Солнце это дыра из 8 и 9 того измерения с потоком энергии для поддержания 3-4 измерения. Все что в физическом плане наблюдается на солнце это материализация этой самой энергии в плотность физического мира.
СсылкаПожаловаться
1quick1
В ответ на комментарий от Андрей Андреев История переписки2
Андрей Андреев
А где то нет мозгов, как в твоей голове)))
СсылкаПожаловаться
Очевидно, что мозгов нет в твоей)))
СсылкаПожаловаться
Андрей Андреев
В ответ на комментарий от 1quick1
1quick1
Где строят искусственное солнце, а где-то дворец, каждому своё
СсылкаПожаловаться
А где то нет мозгов, как в твоей голове)))
СсылкаПожаловаться
Andrey
В ответ на комментарий от lobzik
lobzik
Китай просто плавно заменяет собой СССР 60-70х годов, а уж на сколько это будет успешно - время покажет... Сама идя таких установок совсем не новая и не понятно, в чем "великий прорыв"... За несколько десятилетий не было никаких прорывов ни в чем, кроме технологий обработки и передачи информации. Это является аномалией, так как вычислительные системы просто обязаны были дать толчок к возможностям моделирования физических процессов, что должно было стать дорогой к новым открытиям. А на деле пшик пока... Зато в тиктоке и прочих фейсбуках миллиарды людей сидят...
СсылкаПожаловаться
Это связано скорее с отсутствием прорывных идей в теоретической физике. Есть большое количество теорий объясняющих уже наблюдаемые явления. Однако большинство из них не связаны, а математический аппарат настолько сложен, что предсказать что то принципиально новое они пока не в состоянии. Именно поэтому было столько шума по бозону Хигса .Кроме того, дальнейшее изучение вселенной требует установок с колоссальной энергией и такой же стоимостью. А в этом пока мало заинтересован, уж тем более у нас...
СсылкаПожаловаться
1quick1
В ответ на комментарий от Руся История переписки2
Руся
В России уже давно есть, и не один. Клоун.
СсылкаПожаловаться
Тут есть клоуны, которые начинают с оскорбления любой диалог, а того о чём в статье написано нет.
СсылкаПожаловаться
Анатолий Савинов
Нет, ну мне нравятся доводы об опасности и безопасности: "Нет, никаких сверхмассивных взрывов, появление очередного Чернобыля или черной дыры, в случае чего, не предполагается." и тут же "последнее — опасность мощного взрыва установки, поскольку ученые до сих пор не в состоянии полностью контролировать высокоэнергетические изотопы водорода дейтерия и трития, используемые в термоядерном синтезе ITER."
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Вы не ввели текст комментария
Вы не ввели текст комментария
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас