Перший експеримент з водневої плазмою

Anonim

Найбільший і найпотужніший у світі стелларатор (один з видів термоядерного реактора) почав свою роботу на базі водневої плазми. Це колосальний крок вперед, який в перспективі може обернутися революцією в галузі.

Над апаратом під назвою "Експериментальний термоядерний реактор Wendelstein 7-X" (W 7-X) вчені б'ються вже багато років. Їх мета - перебудувати його таким чином, щоб він зміг взаємодіяти з принципово новою субстанцією - водневої плазмою. Якщо докладніше, то селларатор - це один з видів реактора, своїм зовнішнім виглядом нагадує вигнутий пончик, всередині якого утримується плазма, що проходить стадію термоядерної реакції під впливом магнітних полів.

В минулому році засоби масової інформації донесли до громадськості новина про завершення розробки проекту W 7-X. З того моменту операторами було зафіксовано близько 300 внутрішньо-реакторних імпульсів, вироблених так званої гелиевой плазмою. Основне призначення гелиевой плазми полягає в очищенні внутрішніх стінок вакуумної камери реактора, який відповідає за можливість максимального нагрівання плазми, температура якої може доходити до 6 млн. Градусів Цельсія. За цим процесом пильно спостерігали дослідники з Інституту плазмової фізики імені Макса Планка, метою яких було протестувати основні інструменти W 7-X. "Ми визнали отримані результати задовільними, і можна сказати, що все готово для наступного кроку. Ми готові до заміни гелиевой плазми на водневу, адже саме в цьому і полягає мета роботи нашої команди", - прокоментував тоді стан справ глава проекту професор Томас Клінгер.

Приведення в дію першого в світі імпульсу водневої плазми на урочистій церемонії справила канцлер Німеччини Ангела Меркель. Тривалість запущеного імпульсу склала всього лише чверть секунди, проте цього виявилося цілком достатньо, щоб 2-мегаваттна хвиля довела температуру плазми до 80 млн. градусів Цельсія. "Перший в світі взаємодіє з водневої плазмою апарат повністю виправдав наші очікування", - підбив підсумок після експерименту доктор Ганс-Стефан Бош, представники компанії якого також були задіяні в роботі над W 7-X.

Стелларатор пропрацює в режимі коротких імпульсів до середини березня. Саме в цей термін дослідники мають намір відкрити камеру і помістити на її внутрішні стінки, які безпосередньо контактують з водневої плазмою, так звані вугільні плитки і дивертор. Дивертор - це відвідне пристрій, що видаляє з циклу термоядерні відходи. Після проведення цих процедур температура плазми і тривалість імпульсів повинні істотно зрости. Подальше обладнання, необхідне для функціонування стелараторі, буде поступово додаватися в нього з певними інтервалами, щоб не порушити його роботу і скоротити небезпеки до мінімуму. Кінцева мета вчених полягає в тому, щоб довести потужність імпульсів, що нагрівають плазму, до 20 мегават, а їх тривалість - до 30 хвилин. Саме такі умови необхідні для того, щоб серія експериментів з плазмою, що складається з двох ізотопів водню (дейтерію і тритію), нарешті стала можливою.

Стелараторі за принципом своєї дії сильно нагадують тип ядерного реактора під назвою "токамак", в якому заряджена плазма утримується в тороидальной вакуумній камері під впливом потужних електромагнітів. Однак на відміну від реакторів типу "токамак", заснованих на плоских тороіде, осьова лінія W 7-X вибудувана за принципом спіралі. І якщо першим необхідно проводити додаткові процеси, що призводять потік плазми в рух, будову друге зводить цю проблему нанівець. Завдяки цьому плазма в W 7-X більш стабільна і має тривалим терміном існування в функціональному стані. Але і стелараторі не позбавлені своїх недоліків: створювані ними поля вимагають постійно підтримувати роботу найпотужніших суперкомп'ютерів, здатних розрахувати їх геометрію. Саме неможливість втілити в життя цю умову до зовсім недавнього часу і було головною перешкодою до запуску проекту.

W 7-X в недалекому майбутньому повинен продемонструвати, чи здатний він виробляти більше енергії, ніж витрачати. Очевидно, що саме від цього залежить, чи зможуть подібні стелараторі стати джерелом енергії майбутнього. І якщо судити по успіхах, яких команді вчених з IPP вже вдалося домогтися, є всі шанси, що експеримент все ж завершиться успішно, і стелараторі W 7-X стануть не дивовижним пристроєм, що викликає лише побоювання, а повсякденною реальністю.