|  | 27 октября 2015 | Энергетика

Машины-монстры: Wendelstein 7-x stellarator - реактор термоядерного синтеза с необычной конфигурацией магнитных полей

Реактор Wendelstein 7-x stellarator


В недрах большого исследовательского комплекса, расположенного в Грифсвальде на северо-востоке Германии, находится новый реактор термоядерного синтеза, имеющий достаточно нетрадиционную и необычную конструкцию. Этот реактор, имеющий название Wendelstein 7-x fusion stellarator, проходит последние этапы испытаний, прежде чем на его магниты и другие компоненты будет подана полная мощность и будет проведена первая попытка его включения. Строительство этого реактора заняло порядка 15 лет, в течение которых ученым и инженерам удалось создать чрезвычайно эффективную магнитную систему, способную удерживать сверхвысокотемпературную плазму непрерывно в течение 30 минут. И в случае успешного запуска работы реактора он послужит испытательным стендом, позволяющим выяснить все тонкости и особенности поддержания реакции термоядерного синтеза в непрерывном цикле, что требуется для технологий производства электроэнергии.

Реактор Wendelstein 7-x stellarator был построен специалистами Института физики плазмы Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP), а все его основные и критичные узлы и компоненты были рассчитаны при помощи суперкомпьютера. Wendelstein 7-x stellarator является первым полномасштабным оптимизированным стелларатор-реактором, который создает в своей камере неоднородное магнитное поле, имеющее области с завихрениями и напоминающее перекрученную несколько раз ленту Мебиуса. Такое магнитное поле создает среду, плазма в которой, согласно расчетам, будет обладать большей стабильностью, а реакция станет более управляемой за этот счет.

Изначально конструкция стелларатор-реактора была разработана в 1951 году Лайманом Спитцером (Lyman Spitzer), ученым из Принстонского университета. Однако, в то время создание реактора такого типа было невозможным из-за ограниченного количества доступных людям материалов. Поэтому реакторы типа токамак, имеющие более простую и более технологичную конструкцию, были выбраны и использованы в качестве стендов для исследований в области ядерного синтеза.

Магнитное поле реактора


Тем не менее, попытки создания стелларатор-реакторов, таких как Wendelstein 7-AS (Advanced Stellarator), были проведены учеными и инженерами различных стран. И лишь в последнее время, благодаря появлению суперкомпьютеров, обладающих мощностью, достаточной для проведения сложнейших расчетов, стала возможна разработка технологий, позволяющих удерживать и контролировать сверхвысокотемпературную плазму в магнитном поле сложной конфигурации.

Конструкция стелларатор-реактора создает среду, в которой плазма обладает высокой стабильностью. Ключом к этому является технология, которая позволяет избежать возникновения токов внутри плазменного шнура, потоков свободных электронов и ионов, которые создают свои собственные магнитные поля, что часто приводит разрушению магнитного поля и потере плазмой температуры в токамак-реакторах. В стелларатор-реакторе используется ряд электромагнитных катушек, которые создают закрученное магнитное поле, удерживающее плазму в центре камеры реактора. За счет некоторых физических эффектов, возникающих при взаимодействии плазмы и такого магнитного поля, плазменный шнур постоянно отталкивается в сторону центра камеры, а основным эффектором этого являются магнитные поля, изменяющие свою полярность на противоположную несколько раз по всей длине плазменного шнура.

Преимущества стелларатор-реакторов по отношению к токамакам выливаются в высокую стоимость строительства таких реакторов. Кроме этого, завихрения магнитных полей, возникающих в местах "перекручивания" основного магнитного поля, являются потенциальными местами утечки, через которые множество частиц топлива могут покинуть пределы плазменного шнура и утеряны. Поэтому в конструкции реактора используется множество дополнительных катушек, поле которых "затыкает эти дыры", работа которых должна быть синхронизирована с работой катушек основных электромагнитов и которые охлаждаются жидким гелием до уровня возникновения сверхпроводимости.

В случае реактора Wendelstein 7-x stellarator используются 50 3.5-метровых секций сверхпроводящих электромагнитов, суммарный вес которых составляет 425 тонн. Это делает процесс монтажа и наладки реактора чрезвычайно сложным и кропотливым занятием. А перекачка большого количества жидкого гелия в количествах, необходимых для поддержания температуры обмоток близкой к абсолютному нулю, является "самым большим кошмаром для любого водопроводчика". Необходимость наличия портов для ввода топлива, вывода отработанного материала и массы точек для ввода в камеру всевозможных датчиков и контролирующих устройств, является причиной еще большего усложнения конструкции и стоимости реактора.

Внутри реактора


Несмотря на все вышесказанное, специалистам удалось рассчитать и создать конструкцию стелларатор-реактора Wendelstein 7-x. Проведенные тесты уже показали правильность некоторых использованных технологий, которые будут поддерживать положение плазменного шнура с субмиллиметровой точностью. В этих тестах вместо плазмы в камеру реактора был введен луч электронов, который, удерживаемый магнитным полем, двигался вдоль осевой линии камеры реактора, а столкновения электронов этого луча со свободными электронами остаточного газа в камере создавали свечение, по которому можно было видеть все происходящее.

В настоящее время руководство института IPP ожидает получения разрешения на включение реактора от соответствующих германских контролирующих и регулирующих организаций, которое будет получено к концу этого месяца. А уже в ноябре этого года будет произведена попытка первого включения реактора Wendelstein 7-x stellarator. И в заключении следует отметить, что на строительство нового стелларатор-реактора было потрачено чуть больше миллиарда евро, а количество трудовых затрат превысило 1 миллион человеко-часов.

Машины-монстры - все об самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.





Ключевые слова:
Машины, Монстры, Реактор, Стелларатор, Токамак, Термоядерный, Синтез, Плазма, Магнитное, Поле, Форма, Консфигурация, Wendelstein, Stellarator

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Конструкция термоядерного стелларатора Wendelstein 7-X обеспечивает сверхвы ...
  • Начата подготовка реактора Wendelstein 7-x stellarator к кардинальному прор ...
  • Китайский экспериментальный термоядерный реактор EAST успешно удержал высок ...
  • Экспериментальный термоядерный реактор Wendelstein 7-X готовится к первому ...
  • Произведены первые запуски нового термоядерного реактора Wendelstein 7-X




  • 27 октября 2015 06:55
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    способную удерживать сверхвысокотемпературную плазму непрерывно в течение 30 минут

    Еще не включали, а уже столь громкие заявления


    --------------------
        
    27 октября 2015 12:04
    #2 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 486
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Еще не включали, а уже столь громкие заявления

    Я очень-очень надеюсь, что включат и все заработает.
        
    27 октября 2015 12:27
    #3 Написал: gendalf

    Публикаций: 0
    Комментариев: 615
    bundzmm,и германии будет не нужен российский газ
        
    27 октября 2015 12:31
    #4 Написал: Zerger

    Публикаций: 0
    Комментариев: 773
    bundzmm,
    +100500

    Человечеству нужна ЭНЕРГИЯ!


    --------------------
        
    27 октября 2015 16:51
    #5 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    gendalf,
    не будьте легковерными, в этих стеллараторах ещё даже реакция не шла.
        
    27 октября 2015 18:31
    #6 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Змішані почуття:
    1. З одного боку - ну поскоріше б уже той термояд, ну так уже зачекались...
    2. З другого боку - ну які ж вони огидні, ці гігантські динозаври всяких токамаків-стелараторів! Хіба це не зразу ж тупик?
        
    28 октября 2015 08:49
    #7 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 486
    Внушает толику уверенности хотя-бы то, что этот проэкт во время строительства не пиарился как другие, а значит у него иные цели чем выкачка средств с инвесторов.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.