08 октомври 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Корейски реактор за ядрен синтез достига 100 милиона °C за 30 секунди

Този устойчив и стабилен експеримент е най-новото доказателство, че ядреният синтез се превръща от физичен в инженерен проблем.

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 09 септември 2022 в 00:01 141900
Корейският свръхпроводим токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research). Кредит: Korea Institute of Fusion Energy

Реакцията на ядрен синтез е продължила 30 секунди при температури, надвишаващи 100 милиона °C. Въпреки че продължителността и температурата сами по себе си не са рекордни, едновременното постигане на топлина и стабилност ни приближава до жизнеспособен термоядрен реактор - стига използваната техника да може да бъде мащабирана.

Повечето учени са единодушни, че до създаването на ефективна енергия от термоядрен синтез остават още десетилетия, но постепенният напредък в разбирането и добрите резултати се трупат. Експеримент, проведен през 2021 г., създаде реакция, която е достатъчно енергоустойчива, за да се самоподдържа, изготвят се концептуални проекти за търговски реактор, а работата по големия експериментален термоядрен реактор ITER във Франция продължава.

Сега Йонг-Су На (Yong-Su Na) от Сеулския национален университет в Южна Корея и колегите му са успели да проведат реакция при изключително високите температури, които ще са необходими за жизнеспособен реактор, и да запазят горещото, йонизирано състояние на материята, което се създава в съоръжението, стабилно в продължение на 30 секунди.

Контролирането на тази така наречена плазма е от жизненоважно значение. Ако тя докосне стените на реактора, бързо се охлажда, задушава реакцията и причинява значителни щети на камерата, в която се намира. Изследователите обикновено използват различни форми на магнитни полета, за да задържат плазмата - някои използват бариера за пренос по ръба (ETB - edge transport barrier), която извайва плазмата с рязко прекъсване на налягането в близост до стената на реактора - състояние, което спира изтичането на топлина и плазма. Други използват вътрешна транспортна бариера (ITB -internal transport barrier), която създава по-високо налягане в близост до центъра на плазмата. Но и двете могат да предизвикат нестабилност.

Екипът на Йонг-Су На използва модифицирана техника ITB в устройството KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), като постига много по-ниска плътност на плазмата. Техният подход изглежда повишава температурите в ядрото на плазмата и ги понижава в периферията, което вероятно ще удължи живота на компонентите на реактора.

Как работи токамакът

Електрическо поле, създадено от трансформатор, задвижва ток (големите червени стрелки) през плазмената колона. В резултат на това се образува полоидално магнитно поле, което компресира плазмения поток по такъв начин, че той придобива формата на кръг в разрез (зелените вертикални кръгове). Във вътрешността на корпуса с формата на поничка се създава вакуум, а компресираната по този начин колона предотвратява дезинтеграцията. Другото магнитно поле, което протича по цялото тяло, се нарича тороидално (зелените хоризонтални линии). Комбинацията от тези две полета създава спираловидна триизмерна крива (показана в черно), която може да поддържа плазмата.

Геометрията на токамака и еволюцията на параметрите на режим FIRE. Плазмената конфигурация на режим FIRE в KSTAR. Цветът на линиите показва йонната температура в килоелектронволта, като 10 keV съответства на ≈120 милиона келвина. Кредит: Y.-S. Na et al. 

Доминик Пауър (Dom etetinic Power) от Имперския колеж в Лондон посочва, че за да се увеличи енергията, произвеждана от реактора, може да се направи плазмата много гореща, да се направи много плътна или да се увеличи времето за задържане.

"Този екип установява, че плътността на задържане всъщност е малко по-ниска от традиционните режими на работа, което не е непременно лошо, защото се компенсира от по-високите температури в активната зона", обяснява Пауър. "Това определено е вълнуващо, но има голяма несигурност за това колко добре разбираме физиката, за да я мащабираме до по-големи устройства. Така че нещо като ITER ще бъде много по-голямо от KSTAR".

Йонг-Су На казва, че ниската плътност е от ключово значение и че "бързите" или по-енергични йони в ядрото на плазмата - т.нар. бързо регулирано йонно увеличение (FIRE - fast-ion-regulated enhancement) - са неразделна част от стабилността. Но екипът все още не разбира напълно механизмите, които са свързани с това.

Реакцията е спряна само след 30 секунди поради ограничения в оборудването, а в бъдеще би трябвало да са възможни и по-дълги периоди. Сега KSTAR е спрян за модернизация, като въглеродните компоненти по стената на реактора са заменени с волфрамов, което според Йонг-Су На ще подобри възпроизводимостта на експериментите.

Лий Маргетс (Lee Margetts) от Университета на Манчестър, Великобритания, отбелязва, че физиката на термоядрените реактори става все по-разбираема, но има технически пречки, които трябва да бъдат преодолени, преди да бъде построена работеща електроцентрала. Част от тях ще бъдат разработването на методи за извличане на топлина от реактора и използването ѝ за генериране на електрически ток.

"Това не е физика, а инженерство", заявява Маргетс. "Ако просто се замислите за това от гледна точка на електроцентрала на газ или въглища, ако нямаше какво да отнеме топлината, тогава хората, които я експлоатират, щяха да кажат: "Трябва да я изключим, защото става прекалено гореща и ще разтопи електроцентралата", и точно такава е ситуацията тук."

Брайън Апелб (Brian Appelbe) от Имперския колеж в Лондон е на същото мнение, че научните предизвикателства, които остават в областта на изследванията на термоядрения синтез, трябва да бъдат постижими и че FIRE е стъпка напред, но че търговската реализация ще бъде трудна.

"Подходът на термоядрения синтез с магнитно задържане има доста дълга история на развитие, за да реши следващия проблем, с който се сблъсква", посочва Апелб. "Но това, което ме кара да се притеснявам или да се чувствам несигурен, са инженерните предизвикателства, свързани с изграждането на икономична електроцентрала на тази основа."

Справка: Han, H., Park, S.J., Sung, C. et al. A sustained high-temperature fusion plasma regime facilitated by fast ions. Nature 609, 269–275 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1

Източник: Korean nuclear fusion reactor achieves 100 million°C for 30 seconds, New Scientist


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.