В Китае зажглось «Искусственное Солнце» в 10 раз горячее настоящего — шаг на пути к чистой энергии
Кажется, прогресс науки в Китае не остановить. «Искусственное Солнце» — крупнейший в Китае реактор термоядерного синтеза. Его запустили в тестовом режиме несколько дней назад.
Реактор HL-2M Tokamak разрабатывался с 2006 года в рамках создания Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР .
Китайский реактор призван обеспечить получение чистой энергии за счёт управляемого термоядерного синтеза с использованием водорода и дейтерия в качестве топлива.
Вообще, термоядерный синтез считается «Святым Граалем» сегодняшней науки. Противоположно процессу деления в атомных реакторах, в рамках термоядерного синтеза атомные ядра объединяются с высвобождением огромного количества энергии. Он отличается отсутствием выбросов парников газов и несёт меньший риск аварий. Тем не менее, достичь его крайне сложно, а общая стоимость ИТЭР оценивается в $22,5 млрд.
На сегодняшний день рекорд по удержанию высокотемпературной плазмы в магнитном поле принадлежит именно китайцам — 101,2 секунды. Его они достигли на другом своём реакторе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), на котором не планировалось зажигать полноценную термоядерную реакцию. Во время тестового запуска HL-2M Tokamak чуда не произошло — на то он и тестовый. Посмотрим, что будет дальше.
Ну а китайцы. что ж. Освоение космоса во всех возможных направлениях, достижение дна Марианской впадины, теперь вот шаг навстречу термоядерному синтезу. И всё это в максимально короткий промежуток времени, фактически одновременно. Кажется, у нас тут новый мировой лидер намечается — пора учить язык и закупать юани.
Подписывайтесь на S&F , канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.
Источник
Китай впервые протестировал «искусственное Солнце»
Китайские ученые впервые протестировали термоядерный реактор, который называют «искусственным Солнцем». Оно в 13 раз горячее настоящего, его температура может достичь до 200 млн °С.
Китай запустил «искусственное солнце» — крупнейший в стране реактор термоядерного синтеза. Об этом сообщили государственные СМИ, они отметили большой прогресс в исследованиях в области ядерной энергетики.
Реактор HL-2M Tokamak является крупнейшим и самым современным экспериментальным исследовательским устройством Китая в области термоядерного синтеза. Ученые надеются, что это устройство потенциально способно стать мощным источником чистой энергии. Он использует магнитное поле для плавления горячей плазмы и может достигать температуры свыше 200 млн °С. Это примерно в десять раз горячее, чем ядро Солнца.
Реактор расположен в юго-западной провинции Сычуань, его строительство завершили в конце 2019 года. Устройство неофициально называют «искусственным солнцем» из-за того, что он производит огромное количество тепла и энергии. Они планируют использовать устройство в сотрудничестве с учеными, работающими над Международным термоядерным экспериментальным реактором — крупнейшим в мире исследовательским проектом по термоядерному синтезу, базирующимся во Франции. Его планируют завершить в 2025 году.
«Развитие ядерной энергии синтеза является не только способом решения стратегических энергетических проблем Китая, но и имеет большое значение для будущего устойчивого развития энергетики и национальной экономики Китая», — пишет газета People’s Daily.
В отличие от деления, синтез не выделяет парниковых газов и несет в себе меньший риск несчастных случаев. Но добиться термоядерного синтеза чрезвычайно трудно и дорого: общая стоимость реактора оценивается в 22,5 млрд долларов.
Источник
Китай зажигает «искусственное солнце»: введён в эксплуатацию термоядерный реактор HL-2M Tokamak
В пятницу почти без отставания от графика в исследовательской лаборатории в Чэнду, провинция Сычуань, принят в эксплуатацию экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Установка пришла на смену реактору HL-2A. Новый реактор позволит китайским учёным проводить эксперименты с плазмой, разогреваемой до температуры 150 млн °C, что в три раза больше, чем позволял HL-2A. И это в десять раз больше, чем внутри Солнца!
Последние проверки перед запуском термоядерного реактора в лаборатории в Чэнду. Источник изображения: STR/AFP
Экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak станет новым, более совершенным полигоном для изучения течения термоядерных реакций. Разогретая до сверхвысоких температур магнитоактивная плазма внутри реактора удерживается магнитным полем. По словам учёных, реактор HL-2M может удерживать плазму до 10 секунд.
Изучение процессов в лаборатории поможет довести разработку установки до создания экспериментального реактора, который начнут строить в Китае в следующем году, и до промышленного прототипа, который планируется построить к 2035 году. Переход к полномасштабной эксплуатации термоядерной энергии Китай рассчитывает осуществить к 2050 году.
Установка в сборе. Источник изображения: STR/AFP
Также работа реактора HL-2M Tokamak может помочь в развитии международного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), в рамках которого на юге Франции строится термоядерный реактор с участием ведущих стран, включая Россию, Китай, США, Японию и других. Как и HL-2M Tokamak, реактор ITER будет разогревать изотопы водорода до 150 млн °C. Поскольку реактор ITER будет введён в эксплуатацию в период с 2023 по 2025 годы, эксперименты на китайском реакторе HL-2M могут помочь в осуществлении проекта. Ждём интересных результатов!
Источник
«Искусственное Солнце» заработает в Китае в 2020 году
В 2020 году китайские учёные запустят новый экспериментальный термоядерный реактор HL-2M в рамках проекта EAST. Подобные установки иногда называют «искусственным Солнцем» — в них проходят те же процессы, что и в ядре нашей звезды. О перспективах китайского проекта и в целом о технологии термоядерного синтеза «360» поговорил с профессором Георгием Тихомировым — замдиректора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ.
Глава Юго-Западного института физики Дуань Сюйжу ранее рассказал, что реактор HL-2M сможет разогреть плазму до температуры выше 200 миллионов градусов по Цельсию. Предыдущий рекорд был также установлен в КНР: год назад в другом экспериментальном токамаке EAST — HT-7U — пиковая температура составляла 100 миллионов градусов.
Токамак — это сокращение от «тороидальной камеры с магнитными катушками». Название придумали советские физики в 1950-х годах, тогда же были проведены первые эксперименты по удержанию разогретой плазмы с помощью мощных магнитов.
Термоядерные реакции постоянно идут на Солнце. В ядре, температура которого достигает 15 миллионов градусов по Цельсию, водород превращается в гелий. При этом высвобождается гигантская энергия.
Чтобы воссоздать процесс на Земле, необходимо разогреть изотопы водорода дейтерий и тритий до температуры выше 100 миллионов градусов Цельсия. К этому моменту газ становится плазмой.
Такие температуры нужны, чтобы достичь большей плотности выделения энергии, чем на Солнце, пояснил Тихомиров:
Солнце очень большое, и поэтому энергии, которое оно дает, хватает на всех. А на Земле мы создаем условия в меньшем объеме. Если условия будут близки к солнечным, это не позволяет нам использовать их для практических нужд.
Помимо этого, для функционального термоядерного реактора (который выдавал бы энергии больше, чем затрачено) необходимо удержание плазмы внутри токамака на протяжении продолжительного времени и получение высокоплотной плазмы.
По словам Тихомирова, китайская установка HL-2M «по каким-то параметрам будет превосходить существующие», однако «никакого прорыва в этом нет».
Замдиректора Института ядерной физики и технологий напомнил, что в исследовательском центре Кадараш во Франции строится самый большой термоядерный реактор в мире — ITER. В этом международном проекте участвуют ЕС, Япония, Россия, США, Китай, Индия и Южная Корея. Реактор, который планируется достроить к 2025 году, китайцы «переплюнуть не могут», уверен профессор:
Скорее всего, они создадут какую-то компактную маленькую установку, где добьются неплохих параметров по плазме. Но никакого прорыва в энергетике это не даст.
Специалист добавил, что в России термоядерные исследования «развиваются по различным направлениям».
«Запустим скоро Т-15, наш токамак, есть и другие установки. Также мы входим в программу ITER. Эта тема известная, и мы здесь не уступаем китайцам», — подчеркнул Тихомиров.
Профессор отметил, что запуск термоядерной атомной станции имеет большие перспективы, потому что топлива, которое может быть использовано, — дейтерия «очень много в Мировом океане».
Люди должны исследовать этот источник, чтобы выйти на получение энергии из воды в промышленных масштабах. Но путь еще очень длинный.
Источник
Китайское «искусственное Солнце» — первый серьезный шаг к созданию термоядерных электростанций
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.
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.
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!
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).
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.
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.
Источник