Термоядерные реакторы в два раза эффективнее, чем считалось ранее

Термоядерные реакторы в два раза эффективнее, чем считалось ранее Энергетика

Энергия термоядерного синтеза считается большой надеждой человечества. Процессы на Солнце моделируются в специальных реакторах. Итог: почти бесконечная чистая энергия с небольшим количеством радиоактивных отходов или без них.

Как выяснили исследователи, термоядерные реакторы могут генерировать даже больше энергии, чем считалось ранее, сообщает LiveScience. Для этого было пересмотрено основное правило более чем 30-летней давности.

Проблема с плазмой

Атомные электростанции расщепляют свои ядра, а ядерный синтез сплавляет их вместе. Принцип ядерного синтеза соответствует тому, как Солнце и другие звезды излучают энергию.

Для запуска и поддержания ядерного синтеза требуется высокая температура. Для Солнца достаточно 15 млн градусов по Цельсию, потому что ядро звезды находится под высоким давлением. На Земле для этого необходимо 120 млн градусов. Эта горячая плазма уничтожила бы все известные материалы. Поэтому синтез необходимо контролировать с помощью магнитного поля.

Формула 30-летней давности

В экспериментах с термоядерной энергией в 1980-х годах исследователи обнаружили, что если добавить слишком много топлива для синтеза, в данном случае водорода, плазма выйдет из-под контроля. Затем плазма прорывается через магнитное поле и повреждает стенки реактора.

Физик Массачусетского технологического института Мартин Гринвальд исследовал это в 1988 году. Используя внутренний диаметр термоядерного реактора токамака и силу потока плазмы, он вывел формулу. Это решение стало известно как предел Гринвальда.

Этот предел Гринвальда стал основой для исследований в области термоядерной энергии. Многие реакторы преобладающей конструкции токамаков спроектированы и построены с учетом этого ограничения. В том числе реактор ИТЭР, который в настоящее время строится во Франции.

Лимит в два раза выше

Недавнее исследование, проведенное Швейцарским центром плазмы при федеральном технологическом институте в Лозанне, установило, что предел Гринвальда слишком низок.

Соответственно, плотность топлива в плазме могла быть значительно выше. Ключом к этому открытию является то, что плазма может выдерживать более высокие плотности топлива по мере увеличения выходной мощности термоядерного реактора.

Можно ожидать, что производительность удвоится. Еще слишком рано точно определять, насколько выше будет электрическая энергия, которая может быть произведена. По словам исследователей, увеличение является «значительным».

Более высокая плотность топлива означает меньше отказов

Кроме того, по мнению исследователей, более высокая плотность топлива упростит эксплуатацию термоядерного реактора. Это помогает получить желаемую стабильность для поддержания ядерного синтеза.

Новые выводы должны означать следующее: использование наработок в ИТЭР, который, как ожидается, впервые будет генерировать плазму в 2025 году. Однако этот термоядерный реактор пока не предназначен для выработки электроэнергии. На основе исследований ИТЭР планируется построить дополнительные экспериментальные реакторы, которые будут вырабатывать электроэнергию с 2051 года. По словам исследователей, на их конструкции также повлияет новое исследование плотности топлива.

Андрей Королев

Постоянный автор научно-популярного журнала «Техник». Сотрудник НИИ Точных Приборов. Технический эксперт.

Оцените автора

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: