Німецький термоядерний стеларатор отримав першу плазму

У Німеччині успішно запустили термоядерний реактор Wendelstein 7-X (W7-X) - у перший день запуску вчені Інституту фізики плазми імені Макса Планка в місті Грайфсвальд отримали гелієву плазму. Wendelstein 7-X - найбільший у світі термоядерний реактор типу стеларатор, і отримання тестової плазми має підтвердити можливість використання стелараторів як промислових термоядерних реакторів. На думку Ганса-Стефана Боша (Hans-Stephan Bosch), вченого, чий підрозділ відповідальний за запуск стелларатора, випробування пройшли згідно з планом. За допомогою мікрохвильового імпульсу потужністю 1,8 кіловат фізики нагріли один міліграм газоподібного гелію до температури приблизно один мільйон градусів Цельсія - після чого утримали отриману плазму в рівновазі протягом 0,1 секунди.


Вибір гелію для початку запуску обумовлений його відносною порівняно з воднем легкістю переведення в стан плазми. На кінець січня 2016 року (друга фаза) намічені випробування з водневою плазмою. Після успішного завершення другого етапу експериментів вчені сподіваються утримувати водневу плазму протягом десяти секунд. Очікується, що до моменту закінчення третього етапу час утримання плазми складе 30 хвилин.


Реактор, що знаходиться в німецькому місті Грайфсвальд, складається з 50 надпровідних ніобій-титанових котушок близько 3,5 метрів у висоту і загальною вагою близько 425 тонн. Котушки здатні створювати магнітне поле індукцією три тесла, що утримує плазму з температурою 60-130 мільйонів градусів Цельсія (що в кілька разів вище, ніж температура в центрі сонячного ядра). Обсяг плазми може досягати 30 кубічних метрів. Вся конструкція оточена кріостатом (міцною теплоізолюючою оболонкою) діаметром 16 метрів. Будівництво W7-X обійшлося в суму близько мільярда євро і в цілому зажадало 1,1 мільйона робочих годин.

Wendelstein 7-X - експериментальний термоядерний реактор типу стеларатор. На відміну від звичайних ядерних реакторів, де енергія виділяється в результаті розпаду важких ядер на більш легкі, в термоядерних реакторах використовується реакція синтезу, в ході якої більш важкі атомні ядра з більш легких збираются. В даний час існують дві принципові схеми керованого термоядерного синтезу: квазістаціонарні системи, в яких нагрів і утримання плазми здійснюється магнітним полем, і імпульсні системи, в яких керований термоядерний синтез відбувається шляхом нагрівання дейтерію і тритію лазерними променями.

Стелларатор - більш рідкісний вид термоядерних реакторів першого типу. Його більш поширеним побратимом є токамак (тороїдальна камера з магнітними котушками). В обох реакторах плазма утримується не стінками камер (вони просто не здатні витримати необхідну для термоядерних реакцій температуру), але спеціально створюваним магнітним полем. Однак у токамаці магнітне поле індукується комбіновано: за допомогою зовнішніх котушок, а також за допомогою електрики, що протікає по плазмовому шнуру. На відміну від токамака, у стеллараторі необхідна для утримання плазми конфігурація магнітного поля створюється струмами, поточними виключно поза плазмовим об'ємом. Подібна конструкція стеларатор-реактора створює середовище, в якому плазма володіє високою стабільністю. Його пристрій дозволяє уникнути виникнення потоків вільних електронів та іонів всередині плазмового шнура, що створюють свої власні магнітні поля, що часто призводить до руйнування магнітного поля і втрати плазмою температури в токамак-реакторах. Це, з одного боку, дозволяє використовувати стеларатор в безперервному режимі, з іншого - робить його будівництво вкрай складним.

Завдяки появі суперкомп'ютерів, що володіють потужністю, достатньою для проведення високоточних розрахунків конфігурацій магнітних полів, стала можлива розробка технологій, що дозволяють утримувати і контролювати високотемпceну плазму в магнітному полі складної конфігурації - і в квітні 2005 року німецькі вчені приступили до будівництва W7-X. Wendelstein 7-X не стане промисловим термоядерним реактором, але успішне проведення випробувань підтвердить можливість використання стелараторів для отримання енергії за допомогою керованого термоядерного синтезу.

Перший проект стеларатора був розроблений Лайманом Спітцером (Lyman Spitzer), вченим з Прінстонського університету, ще в 1951 році. Однак у той час створення реактора такого типу було неможливим. Тому реактори типу токамак, що мають більш просту і більш технологічну конструкцію, активніше використовувалися для досліджень в області ядерного синтезу. Крім Wendelstein 7-X, найбільш перспективним стеларатором у світі вважається Large Helical Device, розташований в японському місті Токі.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND