Природный термоядерный реактор — наше Солнце (фото: Wikipedia)
На днях на Geektimes публиковалась новость о том, что немецким ученым удалось получить водородную плазму в стеллараторе. При этом в стабильном состоянии ученые продержали плазму всего долю секунды. Сегодня китайские ученые добились еще более впечатляющих результатов, далеко продвинувшись по сравнению со своими коллегами из Германии. Китайцы смогли нагреть плазму до температуры в примерно 50 млн градусов, и продержали плазму в стабильном состоянии 102 секунды.
Прорыв китайских ученых — это реальный шаг вперед в плане создания альтернативного источника энергии, способного поставлять человечеству огромное количество энергии, так необходимой всем нам. Эксперимент был проведен в термоядерном реакторе, установленном в Институте физических наук в городе Хэфэй (Hefei), столице провинции Цзянсу.
Фото: Институт физических наук, Хэфэй
В отличие от немцев, китайцы работают с реактором типа токамак, их система получила название Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). Как уже говорилось выше, достигнутая температура плазмы — 50 млн градусов, в то время, как температура в центре Солнца, по оценкам специалистов, составляет примерно 15 млн градусов. До 50 млн градусов доходит и температура в центре термоядерного взрыва средней мощности.
До китайцев «температурный рекорд» был поставлен в другом эксперименте, но его продолжительность составила доли секунды, и успех никогда не был повторен.
Ученые из Японии и Европы могут также нагревать плазму до 50 млн градусов в своих реакторах. Но речь о сколько-нибудь продолжительном сохранении плазмы в стабильном состоянии не идет — специалисты просто боятся, что реактор расплавится. Как видим, китайцы смогли избежать этой проблемы.
А так выглядит реактор китайцев изнутри
Для достижения текущего рекорда китайские ученые «работали день и ночь», говорится в официальном заявлении ученых. И это действительно достижение, поскольку до настоящего момента никто и никогда не удерживал плазму в стабильном состоянии дольше 20 секунд. Китайцы, по их словам, смогли решить ряд научных и инженерных проблем, включая контроль положения магнита, а также улавливание частиц высокой энергии, которые «убегали» из магнитного «пончика», поля, удерживающего плазму.
А это плазма в немецком стеллараторе, фотография сделана в декабре
Китайцы планируют достичь более значительных результатов — нагреть плазму до 100 млн градусов и продержать ее в стабильном состоянии около 17 минут. До постройки же коммерческой модели реактора, которая будет давать энергию, остается еще очень много времени, годы, говорят китайские специалисты.
В Германии сейчас ставятся эксперименты на стеллараторе Wendelstein 7-X. Проведено уже два эксперимента, по получению гелиевой и водородной плазмы. Оба эксперимента прошли успешно.
Комментарии (77)
DryominG
05.02.2016 16:30Принципиально ли важно удерживать термоядерную реакцию значительно долгое время, если это настолько сложно в рамках сегодняшних технологий? Если добиться определённого времени работы, скачем час, и за это время успевать заряжать аккумуляторные системы (по типу того, что желает осуществить Илон Маск), т. е. работать по принципу печки: стало прохладно — затопили. Т. о. можно иметь распределенную систему малых токамаков по всей стране.
potan
05.02.2016 16:40+2Запуск очередного цикла требует много энергии. Окупаться начинает с какого-то, достаточно большого времени удержания.
googhalava
05.02.2016 16:57Если я правильно понимаю, пока такие реакторы тратят энергии намного больше, чем вырабатывают. Так что говорить про сценарии практического применения слишком рано.
EasyX
05.02.2016 17:06Фактически, они уже вышли на профицит. Но он пока не окупит их стоимость
vedenin1980
05.02.2016 19:27+2пока такие реакторы тратят энергии намного больше, чем вырабатывают
В 2007 году в том же EAST'е впервые получили больше энергии чем потратили, то есть получать так энергию можно, но пока проще ветряных генераторов наштамповать и получать значительно больше с меньшими усилиями. Вот когда себестоимость термоядерной энергии станет близкой с другим альтернативным источниками, тогда и можно будет говорить о практическом применении.
Erynnis
09.02.2016 12:55+1Скорее всего получается энергии больше, чем вложено в плазму. Но эффективность доставки энергии в плазму далека от 100%. И скорее всего речь шла о выделяемой энергии, а не преобразованной в электричество.
К сожалению, за полчаса гугления не нашел пруф, но вот что интересно: в русской википедии «В 2007 году коэффициент энергетической рентабельности на токамаке превысил единицу», со ссылкой на газету ру (вызывает вопрос ссылка на СМИ, а не научную публикацию), где написаны более расплывчатые слова: «соотношение произведенной и затраченной энергии превысило единицу (1,25:1)»
Здесь идет речь о произведенной энергии, а не «готовой к использованию», как в определении коэффициента рентабельности. А это разница минимум в два с лишним раза.
Касательно затраченной энергии — вроде бы формулировка не допускает вольной трактовки, но есть ничем не подкрепленное ощущение ошибки при изложении.
Более того, посмотрим внимательнее на эту статью. В ней есть три утверждения, которые вместе выглядят крайне подозрительно:
1) По словам руководителя работ У Сунтао, конечная цель работы — достижение стабильности плазмы на протяжении тысячи секунд и соотношение затраченной и полученной энергии 1 к 50.
2) EAST — часть международной программы по созданию термоядерной электростанции. Опыт китайского токамака будет использован при строительстве более совершенного международного реактора ITER, соглашение о строительстве которого подписано в прошлом году.
3) (о параметрах ИТЕР) коэффициент усиления мощности — 10x
Получается занимательная картина — сделаем хороший, эффективный реактор (на уровне АЭС) для того, чтобы потом сделать реактор в пять раз хуже. Потрясающе!
Впрочем, если я не прав, и у вас есть более надежные источники, чем википедия и СМИ — очень хотелось бы получить ссылочку
tundrawolf_kiba
05.02.2016 19:54>Но он пока не окупит их стоимость
Где-то мелькало — что профицит при нынешнем уровне технологий возможен при выработке реактора >10ГВт, и построить его возможно — но весьма затратно + влечет за собой огромные размеры самой конструкции
OnelaW
05.02.2016 17:55Насколько помню из старой древней книги со времен первых экспериментов. Трудность в том, что внешнее электромагнитное поле, удерживающее плазму не позволяет находиться в состоянии равновесия или как оно там. Каюсь из курса физики многое позабыл.
Что сейчас сотворили китайцы это прогресс это очень много времени.MichaelBorisov
05.02.2016 23:40Человек, стоящий на ногах, тоже не находится в равновесии. Не падает он лишь за счет работы системы управления, парирующей отклонения тела от заданного положения работой мышц. Так же и с токамаками. Я думаю, там просто нужна достаточно быстродействующая система стабилизации.
Но кроме стабилизации, там есть и другие проблемы, такие, как отвод энергии и продуктов синтеза из зоны реакции.Chaynique
09.02.2016 12:52+1Токамак принципиально импульсная установка, ток в замкнутом плазменном кольце формируется в том числе за счет изменения внешнего магнитного поля, подобно тому как это происходит в обмотке трансформатора — по закону Фарадея. А трансформатор, как известно, работает только на переменном токе, а не на постоянном, так что удержание возможно только «периодами» пусть даже и длинной в сотни секунд.
BupycNet
05.02.2016 21:08Там вроде как на запуск тратится очень много энергии и именно выигрыш появляется, когда оно работает долго.
Mad__Max
05.02.2016 22:34+1Импульсные и циклические тоже рассматривают. Но даже час работы это пока недостижимый еще горизонт. Пока лучшее достижение это вот у китайцев (с неизвестной плотностью, возможно она была столь низкой что вообще положительного выхода энергии нет и потребляет оно больше чем уходит на поддержание условий) — всего 100 секунд работы, у других не больше нескольких десятков секунд за раз.
Гигантский и сложный международный ITER рассчитывает достичь 500-1000 секунд удержания «горящей» плазмы только к 2025 году примерно и все пойдет хорошо.
Хотя само по себе время не критично, гонка идет за интегральным показателем, который упрощенно можно записать как: плотность плазмы * температуру плазмы * время удержания.
Чем больше этот параметр, тем выше (лучше) будет соотношение (полученная энергия термоядерной реакции) / (затраченная энергия на создание необходимых условий).
У текущих лучших установок он с трудом дотягивает до 1, т.е. сколько потратили энергии, столько назад потом и получили — причем потратили электричество, а получили лишь тепло и радиацию.
У ITER он по проекту должен достичь 1к10
А для широкого применения в промышленности и экономически выгодного получения энергии желательно порядка 25-50.
Serger08
05.02.2016 16:30+1По крайней мере новости пошли. Что-то пытаются делать.
А где(как) же реактор Росси?
felix0id
05.02.2016 16:44Вот да, только недавно вспоминал про то, что уже около года никаких новостей про него не было
dfgwer
05.02.2016 17:14-13Если бы, реактор Росси работало бы, ничего о нем, мы бы, не услышали
OnelaW
05.02.2016 17:49Как это не слышно, а Курчатовский, а ВНИИЯХ или как оно правильно.
ls1
05.02.2016 21:18Росси — это итальянский альтернативно-одаренный-учоный, к Курчатовскому ни какого отношения не имеет
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8
vasimv
05.02.2016 20:44Его уже давно считают мошенником. Начиная с того, что один неравнодушный просто взял и сделал кипятильник заявленной Росси мощности с такой же трубой и получил выхлоп пара на порядок больше, и заканчивая историей с контрольной закупкой термоэлектронных преобразователей с немыслимым КПД от него же (вырабатывал энергии даже меньше чем средние по рынку).
Serger08
05.02.2016 21:02+1Это все понятно. Интересно почему не было разоблачений?
Кстати, Китай -Луна — токамак. К чему бы это?vasimv
05.02.2016 21:12+4Чтобы по-настоящему разоблачить — надо заполучить этот девайс Росси в руки. А он его никому не дает, кроме «проверенных» товарищей. А так — уже все по косточкам разобрали в соответствующих комьюнити. Просто журналисты о них не пишут. Почитайте ветки форума на talk-polywell.org, например.
miwaniza
05.02.2016 17:36+1Кто-нибудь может пояснить каким образом будет преобразовываться энергия (и какая) в электрическую? Опять подогрев воды на пару градусов — как в атомных реакторах — или элементы Пельтье?
OnelaW
05.02.2016 18:01Насколько помню, тот же ТОКОМАК (вроде еще жив) работает как тот же чайник. Да неэффективно, но другого вроде как с тех пор не придумали. Может что-то и пропустил.
tundrawolf_kiba
05.02.2016 19:59Другие варианты есть, например преобразование тепла напрямую в электричество. Но у них КПД мал относительно схем с теплоносителями.
vedenin1980
05.02.2016 20:46другого вроде как с тех пор не придумали. Может что-то и пропустил.
В теории, при использовании гелия-3 получаются протоны, которые можно превращать в электричество напрямую, а не работать как чайник. Увы, там требуются технологии на порядок более сложные, чем в стандартном синтезе «дейтерий + тритий», да и собственно гелия-3 у человечества толком нет.OnelaW
05.02.2016 21:38+2посмотрим) теории это хорошо. Вот тут почитал еще разок и подумал, а ведь китайцы правильно делают. Сначала разбираются с одной задачей. Вот дойдут до уровня когда процесс поддержания растянется на часы. Потом займутся вопросом как установки сделать компактнее. Потом займутся расчетом оптимального кпд для промышленной эксплуатации. К тому времени возможно будет готова техническая база по преобразованию энергии синтеза в электрическую. Может вообще окажется, что на планете это особо не нужно, а вот в качестве силовой установки например на звездолеты. Почему нет?
Rezzet
05.02.2016 18:28+1Пока для перевода тепловой энергии в электрическую ничего лучше паровой турбины не придумали.
А как снимать выход энергии от реакции синтеза пока никто не знает, после реакции будет нейтрон с большой энергией, что с ним делать вопрос открытый, как-то преобразовывать в тепловую через поглощения защитой реактора, ну а дальше паровая турбина.
AlexPu
05.02.2016 17:46Я правильно понимаю, что теперь дело за тем, чтобы поднять температуру плазмы вдвое?
gert
05.02.2016 19:27Вот интересно, насколько по своим свойствам отличается плазма в 50 млн градусов от 100млн? С точки зрения физических свойств и с точки зрения удержания такой плазмы в магнитной ловушке… В любом случае обе температуры принципиально превосходят температуры испарения любых известных материалов…
Deadwind01
09.02.2016 12:52Тут всё плавно перетекает в области изучаемые в CERN, где заместо температуры измеряют энергию.
KoryIII
05.02.2016 19:27Правильно ли я понимаю, что появилась не менее важная задача, как с этой плазмы снять энергию? Ведь даже эти 50 миллионов градусов — недостижимо много для современных конструкционных материалов, а нужно будет преобразовать эту температуру в электричество, например.
Gorthauer87
05.02.2016 19:33А теплового излучения от неё разве недостаточно?
Sergey6661313
05.02.2016 20:09дык её ж наоборот нагревают… на солнце реакция продолжается из-за гравитации а на земле плазма будет просто тухнуть.
vedenin1980
05.02.2016 20:36Нагревают, чтобы пошла реакция синтеза, а дальше уже тепло начинает выделятся само из уравнений синтеза, гравитация нужна далеко не при любой реакции синтеза.
vasimv
05.02.2016 20:58Снять энергию достаточно просто — обычным водяным охлаждением стенок (оно же 102 секунды охлаждалось непрерывно). Проблема больше в долговременной работе и превращению металлических стенок реактора в страшно радиоактивные под воздействием нейтронов (кому нужна электростанция, которую после одного дня работы надо полностью везти на завод по переработке высокоактивных отходов?).
saboteur_kiev
06.02.2016 05:07+1Прошло много-много лет лет и я внезапно узнаю, что в словосочетании Stellar Converter, таки есть реальный научный смысл!
Kir1564
09.02.2016 12:53+1При рассмотрении коммерческой электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза нужно задуматься о том, что термоядерная энергетика встретиться ровно с теми же самыми проблемами, какие сейчас имеет или имела промышленная ядерная энергетика (особенно в общественном мнении). Это обращение с тритием (а его нужно по нынешним меркам очень много, тритий летучий, токсичен и радиоактивен, и насколько я помню, несколько грамм трития достаточно для того, чтобы были превышены ПДК во всей Москве, например), обращение с радиоактивными материалами (т.к. есть куча нейтронов, которые облучают все вокруг) и отсутствие материалов, которые могут долго работать при нейтронном облучении.
В настоящее время управляемый термоядерный синтез — это очень интересная научная задача, но у многих умных людей есть обоснованные сомнения, что в ближайшие лет 100 появятся коммерческие электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза. Намного более перспективным (именно в коммерческом и инженерном отношении) сейчас видится ядерная энергетика на быстрых нейтронах. Многие проблемы эксплуатации в ядерной энергетике за 60 лет уже решены в той или иной степени, некоторая коммерческая эффективность уже присутствует.
Ну а главный сдерживающий фактор как для ядерной, так и для термоядерной энергетики — это цены на нефть, газ и уголь, которые вряд ли увеличатся на несколько порядков в ближайшие 30-50 лет. Наблюдая подобные прогнозы, никто не хочет особо сильно выделять деньги на чисто научные проекты по достижению управляемого термоядерного синтеза.
noiseless
09.02.2016 12:58Насколько я помню из физики, основная часть энергии термоядерной реакции выделяется в виде излучения. А оно не удерживается магнитным полем. И основной получается проблема эффективного мгновенного преобразования этой энергии.
kaichou
Плотность. Плотность плазмы при таких условиях — вот главный критерий.
А то окажется, что там всей плазмы на сотню атомов, когда другие подобные результаты ещё в 1960х получали.
enclis
Вроде бы ток плазмы 500кА