Китай

Что лично меня интересует в термоядерных реакторах – это как заставить его выполнять полезную работу?

Как эта штука будет давать электричество?

В ядерном реакторе всё предельно просто – реакция расщепления ядер даёт энергию, которая нагревает теплоноситель, который крутит турбину. Теплоноситель циркулирует в активной зоне, охлаждая её и выполняя побочные функции в виде, например, замедления нейтронов.

Одно мне непонятно – каким же образом снять тепло с термоядерного реактора? Для того, чтобы достичь всех этих чудовищных температур, нужна очень высокая напряжённость магнитного поля, а для достижения этой напряжённости используют катушки, охлаждаемые … жидким гелием. Рядом с ИТЕР-ом строят криокомбинат – завод по производству жидкого гелия, и его этого гелия там очень много нужно.

Возникает вопрос – как при положительном выходе энергии эту энергию получить с учётом того, что она выделится, скорее всего, в виде тепла? Вот мы затратили X джоулей энергии (подожгли и удерживаем плазму, охлаждаем и нагнетаем жидкий гелий, выполняем какие-то вспомогательные действия), и в результате всех наших манипуляций у нас получилось Y>X джоулей энергии. Как получить разницу? В обычном ядерном реакторе ответ на этот вопрос очень (условно) прост, но как снять энергию с этой ебанины?

Как-то раз я смотрел беседу профессора Семихатова с Дмитрием Паращуком - профессором физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Вот ссылка на это видео: https://www.youtube.com/watch?v=3J_f_rsJxys И Семихатов, на 5:35 примерно, задаёт вопрос: «Как мы собираемся извлекать энергию?» На это Паращук ему отвечает, что, дескать, частицы разлетаются, тормозятся окружением и «мы запускаем паровую машину». Но, простите, как это должно работать в металле? Что токамак, что стелларатор обладают кучей катушек, которые создают чудовищной напряжённости магнитное поле СПЕЦИАЛЬНО для того, чтобы из него ничего не вылетело. Каким образом эти частицы, о которых говорит Паращук, покинут магнитное поле, особенно, если учесть, что он говорит про заряженные альфа-частицы?

Ну хорошо, частица как-то долетела до обшивки, нагрела её, и температуру с обшивки сняли теплоносителем, который направили в турбину. Но тут тоже не всё гладко – катушки сверхпроводящие, и они очень плотно расположены, как снять тепло с корпуса? Да и вообще, когда рядом есть что-то очень горячее (миллионы градусов), а рядом есть что-то очень холодное (минус 274), то такая конфигурация не вызывает особой уверенности, если что-то пойдёт не так, и будет большой паровой БУМ!

Начиная где-то с 8:30 Паращук говорит о том, что токамак, это сборище проблем – надо удержать плазму, не дать ей «лизнуть» стенку реактора, надо найти материалы, которые выдержат тяжёлые условия работы и т.д. И вот самый главный вопрос так и остаётся без ответа – как получить пользу? Кстати, на отметке 17:30 он говорит, что ИТЕР обещаю получить 500МВт энергии, но «никакая турбина крутиться не будет», а что касается турбины, то это «следующий этап».

Глядя на всю эту возню, на текущий момент складывается ощущение, что польза от этих упражнения только одна – это решение каких-то инженерных задач, и, может быть, каких-то физических вопросов. КОММЕРЧЕСКОЙ пользы от термояда получить, если и удастся, то очень и очень нескоро и в очень небольшом объёме. То есть строить ТЯ реакторы для получения электричества, на текущий момент, кажется очень слабой идеей.

Для получения электроэнергии куда как более перспективными кажутся реакторы замкнутого цикла (первый из них это БН-800) или реакторы с ускорителем, построенные по архитектуре Игоря Николаевича Острецова.

20 января 2025 года китайский экспериментальный термоядерный реактор EAST установил новый рекорд по удержанию электронной плазмы. Реакция поддерживалась 1066 секунд, что без малого в три раза дольше предыдущего рекорда. Почти всё это время температура плазмы была в районе 100 млн °C, что в шесть раз больше, чем в ядре нашей звезды. Недавно реактор завершил очередной этап модернизации и готов к новым рекордам.

Предыдущий рекорд реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak или токамак HT-7U), расположенный в городе Хэфэй провинции Аньхой, установил в апреле 2023 года. Тогда термоядерная реакция на установке поддерживалась 403 секунды с температурой плазмы 100 млн °C. Увеличение времени непрерывной работы реактора до 1000 секунд считается ключевым для достижения последующих целей как по увеличению времени поддержки высочайшей температуры плазмы, так и по повышению верхнего предела температуры.

Для запуска термоядерной реакции в Солнце сверхвысокие температуры не нужны. В ядре звезды «всего» 15 млн °C. Для сближения ионов водорода и запуска синтеза гелия ядра атомов должны сблизиться до включения в работу сильного ядерного взаимодействия, преодолев электрическое отталкивание. Кроме температуры в этом помогает сильная гравитация — масса самого Солнца (это воздействие также эквивалентно давлению). На Земле в камере реактора развить такое давление невозможно, поэтому приходится «давить» на ядра повышением температуры. И заявленные китайскими учёными 100 млн °C мало для запуска реакции на Земле.

Во всех предыдущих случаях речь шла о температуре электронной плазмы. В связи с рекордами китайских термоядерных установок об ионной плазме никогда отдельно не сообщалось. В то же время до 100 млн °C необходимо нагреть именно ионную плазму — это лишённые электронов ядра, которые, собственно, и вступают в реакцию синтеза. По каким-то причинам китайская сторона не спешит рассказывать о рекордах в разогреве ионной плазмы.

И всё же, новая планка высоты взята. Почти 18 минут реактор EAST поддерживал в камере температуру 100 млн °C. Это важно как с точки зрения поддержания стабильности установки (плазмы), так и с позиций отработки технологий и поиска новых методов работы с реактором, материалами и прочим, без чего невозможно движение вперёд.

Источник: 3dnews.

Upd: Так как для запуска термоядерной реакции необходима температура более 100 млн. градусов, то возможно мы станем свидетелями первого запуска термоядерного реактора 🤔