Российские физики изучили процесс теплообмена внутри термоядерного реактора

Ученые из Физико-технического института РАН проследили за тем, как происходит теплообмен внутри экспериментального термоядерного реактора, российского токомака "Глобус-М". Собранные ими сведения ускорят создание первых прототипов подобных установок, способных выйти в энергетический плюс, сообщила во вторник пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

"Экспериментально подтвержденная модель нагрева плазмы позволит спроектировать компактный источник высокоэнергичных нейтронов, которые можно использовать для деления тяжелых ядер. В процессе также можно получать энергию. Наше исследование существенно ускорит разработку более эффективных ядерных систем, использующих процессы как синтеза, так и деления", - заявил Глеб Курскиев, научный сотрудник ФТИ РАН в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

За последние полвека физики разработали несколько разных подходов к созданию термоядерных реакторов, два типа которых, токамаки и стеллараторы, сейчас считаются наиболее перспективными с практической точки зрения. Они опираются на схожие принципы работы, так как в них плазма, разогретая до сверхвысоких температур, удерживается внутри реактора не при помощи физических преград, а магнитными полями.

Различается характер работы этих магнитных ловушек. В токамаках они удерживают материю за счет того, что через плазму проходит электрический ток, заставляющий ее сжиматься в узкий шнур в присутствии сильных магнитных полей. В стеллараторах раскаленная материя удерживается исключительно магнитными катушками, из-за чего она похожа по форме на "мятый бублик".

Токамаки пока находятся значительно ближе к практической реализации, в том числе за счет проекта международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, который уже несколько десятилетий строится во Франции при участии ученых из России, ЕС, США, Китая и других стран. Как надеются ученые, ИТЭР станет первой установкой, которой удастся произвести в десять раз больше энергии, чем было затрачено на проведение термоядерного синтеза.

Приручение энергии Солнца

Выйти в энергетический плюс, как отмечают Курскиев и его коллеги, можно будет только в том случае, если физики поймут, как тепло передвигается внутри плазмы, и выяснят, как можно долго удерживать ее температуру на той отметке, когда термоядерный синтез в принципе способен происходить.

Российские ученые уже много лет решают эту проблему, наблюдая за движением ионов внутри сферических скоплений плазмы, удерживаемых внутри токамака "Глобус-М". Их интересовали не только поиски условий для запуска стабильной термоядерной реакции, но и то, можно ли использовать подобные установки в качестве особо чистого и качественного источника нейтронов.

Эти частицы возникают в ходе некоторых термоядерных реакций и их можно использовать для извлечения дополнительной энергии из термоядерных реакторов, облучая нейтронами ядра различных тяжелых элементов и заставляя их расщепляться. Их формированию внутри токамаков мешают те же процессы, как и для нормальной работы реактора, что позволило физикам "убить двух зайцев", решая одну задачу.

Проводя опыты на "Глобусе-М", российские физики выяснили, что сферическая и компактная форма этого токамака, а также особенности структуры "бублика" из плазмы внутри него, значительно замедляли процесс охлаждения раскаленной смеси из тяжелых изотопов водорода. В этом отношении он значительно превосходит более крупные установки, для которых характерна относительно низкая плотность плазмы и более широкий "бублик".

Последующий анализ собранных данных показал, что этот процесс хорошо описывается так называемой "неоклассической теорией" переноса тепла внутри скоплений плазмы, сформулированной еще полвека назад. Подобная особенность сферических компактных токамаков, как объясняют Курскиев и его коллеги, значительно упрощает просчет их поведения и дает надежду на то, что новая версия их токомака, "Глобус-М2", а также другие реакторы такого типа, смогут выйти в энергетический плюс.