Стелларатор Wendelstein 7-X показал свою эффективность

О термоядерном реакторе типа «стелларатор» на Geektimes писали несколько раз. Иногда разговор шел о вполне конкретном стеллараторе — Wendelstein 7-X ^[1]. На данный момент это крупнейшая система такого типа, которая лишь недавно прошла целый ряд тестов. По их завершению оказалось ^[2], что реактор требует небольшой доработки, так что его пришлось вывести из эксплуатации и начать улучшения.

Процесс еще не завершен, но некоторые ранние тесты показали, что эффективность Wendelstein 7-X на высоте. Ученые, причастные к созданию стелларатора, считают, что праздновать рано, но уверенности в своих силах у них заметно прибавилось.

Сам стелларатор построен в Институте Макса Планка по физике плазмы в Грайсвальде. За проектом стоят ученые, которые уверены, что без разработки технологии получения энергии термоядерного синтеза человечество обречено. И действительно, ведь всего лишь 1 грамм дейтерия и трития способны произвести 90 000 кВт⋅ ч энергии, что эквивалентно сжиганию 11 тонн угля.

На днях была опубликована научная работа с описанием результатов тестов стелларатора за предыдущие два года. Как оказалось ^[3], ученые смогли снизить величину тока в плазменном шнуре (в стеллараторах этот ток вреден, в отличие от токамаков) в четыре раза по сравнению с токамаками. В целом, ученым удалось довести время удержания плазмы до 160 миллисекунд. На данный момент это лучший результат среди стеллараторов.

После доводки системы специалисты надеются удерживать плазму гораздо дольше, чем в стеллараторах или токамаках до настоящего момента. Специалисты считают, что следующее поколение стеллараторов может достигнуть времени удержания около 30 минут. Это в том случае, если дивертор охлаждения будет работать так, как ожидают ученые.

В целом в экспериментах плазма показывала необходимую ученым равномерную плотность, что позволяет стабилизировать процесс термоядерной реакции и увеличить время ее проведения. Сейчас дорабатывается система охлаждения. Как только все будет готовы — ученые снова «заведут» стелларатор и продолжат его испытания.

Как известно, термоядерный синтез (управляемый) отличается от способа получения энергии в традиционной ядерной энергии прежде всего тем, что в последнем случае ядра тяжелых элементов разбивают, получая более легкие. В синтезе все наоборот. Сейчас, к сожалению, человечество неспособно получать энергию из реакции термоядерного синтеза. Все, что есть — это водородные бомбы, которые гораздо мощнее обычных атомных и токамаки со стеллараторами, экспериментальные реакторы, которые, как надеются ученые, рано или поздно дадут огромное количество энергии.

Wendelstein 7-X — сложнейшая экспериментальная система. Ученые ставят цель доказать, что управляемый термоядерный синтез способен давать энергию. Пока что некоторые ученые ставят это под сомнение.

Схематическое изображение стелларатора

Стелларатор создан американским астрофизиком Лайманом Спитцером в 1958 году. Первый образец такого реактора появился в 1959 году в США. Его конструкция сильно отличается от конструкции токамаков, за которые активно ратовали ученые из СССР. Основа конструкции токамаков — тороидальные камеры с магнитными катушками. Шнур из плазмы удерживается благодаря тороидального поля внешних магнитных катушек, а также полодиального поля ^[4], которое создается протекающим по плазме током. Для того, чтобы термоядерный реактор такой конструкции работал, ток в нем должен постоянно поддерживаться. Это возможно, хотя и очень сложно сделать.

Wendelstein 7-X состоит из 50 сверхпроводящих катушек высотой около 3,5 метров. Общий вес — 425 тонн. Катушки создают магнитное поле с индукцией в три тесла, что обеспечивает возможность удерживать плазму с температурой более 60 млн градусов.

DOI: 10.1038/s41567-018-0141-9 ^[5]

Автор: marks

Источник ^[6]