Эксперименты по ядерному синтезу в токамаке JET дали рекордные результаты
Ученые европейского исследовательского консорциума EUROfusion, в котором также участвуют польские исследователи, завершили эксперименты в JET (Joint European Torus) — ведущем в мире исследовательском центре ядерного синтеза. Эти эксперименты принесли новый рекорд в производстве энергии. JET достиг 69 мегаджоулей энергии термоядерного синтеза, используя всего 0,2 миллиграмма топлива.
JET — это токамак, устройство, которое использует сильные магнитные поля для удержания плазмы в камере в форме тора. В большинстве случаев коммерческого ядерного синтеза предпочтительны два варианта водорода — дейтерий и тритий.
Новая запись В октябре прошлого года в токамаке JET завершилась третья и последняя экспериментальная кампания с использованием дейтерия и трития (DTE3). В экспериментах сгенерированный разряд достиг высокой термоядерной мощности длительностью 5 секунд, что дало рекордные 69 мегаджоулей при использовании всего 0,2 миллиграмма топлива. Эти заслуживающие внимания достижения представляют собой значительный шаг на пути к освоению методов управления процессами термоядерного синтеза.
В ходе второй экспериментальной дейтерий-тритиевой кампании (ДТЭ2) в 2021 году было получено 59 мегаджоулей по количеству термоядерного тепла, выделяемого за один разряд, что после анонса в феврале 2022 года вызвало большой общественный интерес (подробнее об этом в тексте: Рекордные результаты экспериментов по термоядерному синтезу в токамаке JET). Кампания DTE3 побила этот рекорд на 10 мегаджоулей.
Объединенный европейский тор JET — центральный исследовательский центр европейской программы термоядерного синтеза. Поляки также участвуют в его работе. Это исследователи из Института физики плазмы и лазерного микросинтеза в Варшаве. Объединенный Европейский Торус расположен в Калхэме, недалеко от Оксфорда, Великобритания. Он является основой для конструкции будущего мощного токамака ИТЭР, который строится во Франции.
JET может работать на топливной смеси дейтерия и трития, точно так же, как планируется для будущих термоядерных электростанций. Когда дейтерий и тритий соединяются вместе, образуется гелий и огромное количество энергии. Эксперименты, проводимые в JET, позволяют ученым изучать, как формировать и контролировать высокотемпературную плазму.
«Мы можем надежно производить термоядерную плазму, используя ту же топливную смесь, которая будет использоваться на коммерческих термоядерных электростанциях, демонстрируя передовой опыт, приобретенный с течением времени», — сказала доктор Фернанда Римини, участвующая в работе в JET.
– Наша успешная демонстрация сценариев эксплуатации будущих термоядерных машин, таких как ИТЭР и ДЕМО, подтвержденная новым энергетическим рекордом, вселяет большую уверенность в развитии термоядерной энергетики. «Помимо того, что мы установили новый рекорд, мы достигли того, чего никогда раньше не делали, и углубили наше понимание физики ядерного синтеза», — отметил профессор Амброджио Фазоли из EUROfusion.
– Наша решимость и международное сотрудничество привели к исключительным результатам, которые являются важной вехой в исследованиях в области термоядерной энергетики. Этот успех не только подтверждает возможность управления плазмой в токамаках, но и представляет собой ключевой шаг на пути к достижению цели промышленного производства энергии с использованием ядерной реакции. Впереди нас ждет еще много задач и годы исследований, но я убежден, что наша тяжелая работа приведет к еще более инновационным решениям, которые будут формировать глобальную энергетическую отрасль, - признался доктор Хаб. Агата Хомичевска, проф. IFPiLM и национальный координатор исследований токамака JET.
Слияние Термоядерный синтез, процесс, который питает такие звезды, как наше Солнце, обеспечивает практически неограниченный, чистый источник электроэнергии в долгосрочной перспективе с использованием небольших количеств топлива, которое можно собирать в любой точке мира. Один килограмм дейтерия, который естественным образом содержится в морской воде, мог бы обеспечить энергией сотни тысяч домов. Мы обеспечим энергетическую безопасность на долгие годы. Кроме того, этот процесс является экологически чистым, поскольку он не производит вредных побочных продуктов, таких как выбросы углекислого газа или радиоактивные отходы.
Процесс термоядерного синтеза объединяет атомы легких элементов, таких как водород, при высоких температурах, создавая гелий и выделяя огромную энергию в виде тепла. Термоядерный синтез по своей сути безопасен, поскольку он не может запустить неконтролируемый процесс и не приводит к образованию отходов, разложение которых требует длительного времени.
Существует несколько способов достижения термоядерного синтеза. В настоящее время ученые сосредоточены на методе управления термоядерной реакцией путем магнитного захвата плазмы. Этот подход предполагает использование мощного магнитного поля для контроля топлива для термоядерного синтеза, то есть плазмы. Этот метод требует огромных температур. Для проведения синтеза водород необходимо нагреть до температуры, превышающей 100 миллионов градусов Цельсия. Только тогда более легкие атомы смогут объединиться и образовать более тяжелые. Энергия, выделяемая в результате реакции синтеза, должна поддерживать температуру, а избыточное тепло можно преобразовать в электричество.
Подобные термоядерные реакции уже проводились в токамаках и стеллараторах в нескольких исследовательских центрах по всему миру. Однако проблема заключается в том, чтобы сохранить его в течение длительного времени и добиться положительного энергетического баланса, а это значит, что реактор должен производить больше энергии, чем будет ему подано.
Другой метод — инерционное удержание плазмы. В этом подходе используется лазерная система для нагрева плазменного топлива. Топливные таблетки содержат более тяжелые версии водорода, дейтерия и трития, которые легче объединять и производить больше энергии. Однако топливные таблетки необходимо нагревать до высоких температур и подвергать огромному давлению. Необходимо добиться условий, аналогичных тем, которые существуют внутри Солнца, которое представляет собой природный термоядерный реактор.
Достижение термоядерных реакций в таких условиях привело бы к высвобождению нескольких частиц, включая альфа-частицы, которые взаимодействуют с окружающей плазмой и дополнительно нагревают ее. Нагретая плазма затем высвобождает больше альфа-частиц и так далее. При этом создается самоподдерживающаяся реакция, но для ее инициирования необходимо зажигание, т.е. запуск реакции синтеза с помощью лазеров.
Конец JET Спустя более чем 40 лет с начала экспериментов токамак JET завершил свою научную работу в конце декабря 2023 года. За время своего существования JET предоставил ключевую информацию о сложной механике термоядерного синтеза, что позволило ученым спланировать международный термоядерный эксперимент ИТЭР и демонстрационную установку термоядерного синтеза DEMO, которая в настоящее время проектируется европейским термоядерным сообществом.
– На протяжении всей своей работы JET был чрезвычайно полезен в качестве предшественника токамака ИТЭР: в тестировании новых материалов, в разработке инновационных компонентов и, прежде всего, в генерировании научных данных, полученных в результате синтеза дейтерия и трития. Полученные результаты окажут прямое влияние на проект ИТЭР, подтвердив дальнейшие действия и позволив нам быстрее добиться прогресса в улучшении производительности», — сказал д-р Пьетро Барабаски, генеральный директор ИТЭР.
Вклад исследований, проведенных на токамаке JET, в науку и технику ядерного синтеза сыграл ключевую роль в ускорении развития термоядерной энергетики как будущего безопасного, с низким уровнем выбросов и устойчивого источника энергии.
Познание
Эксперименты по ядерному синтезу в токамаке JET дали рекордные результаты
Ученые европейского исследовательского консорциума EUROfusion, в котором также участвуют польские исследователи, завершили эксперименты в JET (Joint European Torus) — ведущем в мире исследовательском центре ядерного синтеза. Эти эксперименты принесли новый рекорд в производстве энергии. JET достиг 69 мегаджоулей энергии термоядерного синтеза, используя всего 0,2 миллиграмма топлива.JET — это токамак, устройство, которое использует сильные магнитные поля для удержания плазмы в камере в форме тора. В большинстве случаев коммерческого ядерного синтеза предпочтительны два варианта водорода — дейтерий и тритий.
Новая запись
В октябре прошлого года в токамаке JET завершилась третья и последняя экспериментальная кампания с использованием дейтерия и трития (DTE3). В экспериментах сгенерированный разряд достиг высокой термоядерной мощности длительностью 5 секунд, что дало рекордные 69 мегаджоулей при использовании всего 0,2 миллиграмма топлива. Эти заслуживающие внимания достижения представляют собой значительный шаг на пути к освоению методов управления процессами термоядерного синтеза.
В ходе второй экспериментальной дейтерий-тритиевой кампании (ДТЭ2) в 2021 году было получено 59 мегаджоулей по количеству термоядерного тепла, выделяемого за один разряд, что после анонса в феврале 2022 года вызвало большой общественный интерес (подробнее об этом в тексте: Рекордные результаты экспериментов по термоядерному синтезу в токамаке JET). Кампания DTE3 побила этот рекорд на 10 мегаджоулей.
Объединенный европейский тор
JET — центральный исследовательский центр европейской программы термоядерного синтеза. Поляки также участвуют в его работе. Это исследователи из Института физики плазмы и лазерного микросинтеза в Варшаве. Объединенный Европейский Торус расположен в Калхэме, недалеко от Оксфорда, Великобритания. Он является основой для конструкции будущего мощного токамака ИТЭР, который строится во Франции.
JET может работать на топливной смеси дейтерия и трития, точно так же, как планируется для будущих термоядерных электростанций. Когда дейтерий и тритий соединяются вместе, образуется гелий и огромное количество энергии. Эксперименты, проводимые в JET, позволяют ученым изучать, как формировать и контролировать высокотемпературную плазму.
«Мы можем надежно производить термоядерную плазму, используя ту же топливную смесь, которая будет использоваться на коммерческих термоядерных электростанциях, демонстрируя передовой опыт, приобретенный с течением времени», — сказала доктор Фернанда Римини, участвующая в работе в JET.
– Наша успешная демонстрация сценариев эксплуатации будущих термоядерных машин, таких как ИТЭР и ДЕМО, подтвержденная новым энергетическим рекордом, вселяет большую уверенность в развитии термоядерной энергетики. «Помимо того, что мы установили новый рекорд, мы достигли того, чего никогда раньше не делали, и углубили наше понимание физики ядерного синтеза», — отметил профессор Амброджио Фазоли из EUROfusion.
– Наша решимость и международное сотрудничество привели к исключительным результатам, которые являются важной вехой в исследованиях в области термоядерной энергетики. Этот успех не только подтверждает возможность управления плазмой в токамаках, но и представляет собой ключевой шаг на пути к достижению цели промышленного производства энергии с использованием ядерной реакции. Впереди нас ждет еще много задач и годы исследований, но я убежден, что наша тяжелая работа приведет к еще более инновационным решениям, которые будут формировать глобальную энергетическую отрасль, - признался доктор Хаб. Агата Хомичевска, проф. IFPiLM и национальный координатор исследований токамака JET.
Слияние
Термоядерный синтез, процесс, который питает такие звезды, как наше Солнце, обеспечивает практически неограниченный, чистый источник электроэнергии в долгосрочной перспективе с использованием небольших количеств топлива, которое можно собирать в любой точке мира. Один килограмм дейтерия, который естественным образом содержится в морской воде, мог бы обеспечить энергией сотни тысяч домов. Мы обеспечим энергетическую безопасность на долгие годы. Кроме того, этот процесс является экологически чистым, поскольку он не производит вредных побочных продуктов, таких как выбросы углекислого газа или радиоактивные отходы.
Процесс термоядерного синтеза объединяет атомы легких элементов, таких как водород, при высоких температурах, создавая гелий и выделяя огромную энергию в виде тепла. Термоядерный синтез по своей сути безопасен, поскольку он не может запустить неконтролируемый процесс и не приводит к образованию отходов, разложение которых требует длительного времени.
Существует несколько способов достижения термоядерного синтеза. В настоящее время ученые сосредоточены на методе управления термоядерной реакцией путем магнитного захвата плазмы. Этот подход предполагает использование мощного магнитного поля для контроля топлива для термоядерного синтеза, то есть плазмы. Этот метод требует огромных температур. Для проведения синтеза водород необходимо нагреть до температуры, превышающей 100 миллионов градусов Цельсия. Только тогда более легкие атомы смогут объединиться и образовать более тяжелые. Энергия, выделяемая в результате реакции синтеза, должна поддерживать температуру, а избыточное тепло можно преобразовать в электричество.
Подобные термоядерные реакции уже проводились в токамаках и стеллараторах в нескольких исследовательских центрах по всему миру. Однако проблема заключается в том, чтобы сохранить его в течение длительного времени и добиться положительного энергетического баланса, а это значит, что реактор должен производить больше энергии, чем будет ему подано.
Другой метод — инерционное удержание плазмы. В этом подходе используется лазерная система для нагрева плазменного топлива. Топливные таблетки содержат более тяжелые версии водорода, дейтерия и трития, которые легче объединять и производить больше энергии. Однако топливные таблетки необходимо нагревать до высоких температур и подвергать огромному давлению. Необходимо добиться условий, аналогичных тем, которые существуют внутри Солнца, которое представляет собой природный термоядерный реактор.
Достижение термоядерных реакций в таких условиях привело бы к высвобождению нескольких частиц, включая альфа-частицы, которые взаимодействуют с окружающей плазмой и дополнительно нагревают ее. Нагретая плазма затем высвобождает больше альфа-частиц и так далее. При этом создается самоподдерживающаяся реакция, но для ее инициирования необходимо зажигание, т.е. запуск реакции синтеза с помощью лазеров.
Конец JET
Спустя более чем 40 лет с начала экспериментов токамак JET завершил свою научную работу в конце декабря 2023 года. За время своего существования JET предоставил ключевую информацию о сложной механике термоядерного синтеза, что позволило ученым спланировать международный термоядерный эксперимент ИТЭР и демонстрационную установку термоядерного синтеза DEMO, которая в настоящее время проектируется европейским термоядерным сообществом.
– На протяжении всей своей работы JET был чрезвычайно полезен в качестве предшественника токамака ИТЭР: в тестировании новых материалов, в разработке инновационных компонентов и, прежде всего, в генерировании научных данных, полученных в результате синтеза дейтерия и трития. Полученные результаты окажут прямое влияние на проект ИТЭР, подтвердив дальнейшие действия и позволив нам быстрее добиться прогресса в улучшении производительности», — сказал д-р Пьетро Барабаски, генеральный директор ИТЭР.
Вклад исследований, проведенных на токамаке JET, в науку и технику ядерного синтеза сыграл ключевую роль в ускорении развития термоядерной энергетики как будущего безопасного, с низким уровнем выбросов и устойчивого источника энергии.