fbpx

Ледът е може би идеалното „гориво“ за термоядрените реактори

Физици са доказали, че ефективността (КПД) на термоядрените реактори от типа токамак, такива като като най-големия в света експериментален проект ITER и други подобни енергийни инсталации, ще бъде по-високa, ако за гориво се използва лед, а не газообразен водород. Резултатите от изследването са публикувани в научното списание Nuclear Fusion.

“Като правило при съвременните експерименти за термоядрен синтез се контролират температурата и плътността на плазмата вътре в реактора, вкарвайки нови порции газ. Ефективността на този процес много зависи от дебелината на „изхвърления“ слой плазма, през който трябва да преминат новите неутрални атоми на новоподаденото гориво. Това намалява плътността на плазмата и съответно КПД на реактора“ – пишат учените.

За последните няколко десетилетия физиците разработиха няколко различни подхода при създаването на термоядрени реактори. От практическа гледна точка най-перспективни са два типа реактори – токамак и стеларатор. Принципите на работа на тези два типа реактори са много подобни. В тях плазмата, загрята до свръхвисоки температури, се поддържа вътре в реактора не от прегради, а с помощта на магнитни полета.

Принципиалната разлика при токамак и стеларатор е във функционирането на магнитните им „държачи“. В токамак те задържат плазмата за сметка на преминаващия през нея електрически ток, който я кара да се свива вътре в създадените магнитни полета. При стелараторите разтопената материя се задържа от магнитни бобини и заради това плазмата прилича на „сплескан геврек“.

Реакторите от тип токамак се намират значително по-близко до практическа реализация. От такъв тип е и най-големия досега проект за експериментален термоядрен реактор ITER (на латински – „Пътят“), който от няколко десетилетия се осъществява в Южна Франция при участието на 35 страни, включително такива като САЩ, Япония, ЕС, Китай, Русия, Южна Корея и други. Както се надяват учените, това ще се бъде термоядрен реактор, който ще може да произвежда десет пъти повече електроенергия, отколкото е изразходвано за осъществяване на термоядрения синтез.

Лед и плазма

Международен екип от физици под ръководството на Егемен Колемън, професор от Пристънския университет вече от няколко години провежда експерименти на токамака DIII-D, разположен в Сан-Диего, САЩ. Те проверяват работата на един от ключовите компоненти на бъдещия реактор ITER – системата за вкарване на гориво в реактора.

Проблемът се състои в това, че проектантите на ITER планират за тази цел да използват не само традиционните газови инжектори, чрез които се вкарва смес от двата изотопа на тежкия водород – деутерий и тритий, но и да използват специални ледени „оръдия“. Те ще ускоряват микроскопични гранули от лед до скорост от километър в секунда и ще ги вкарват в облака от плазма. Теоретиците са предположили, че по такъв начин може да се повиши КПД на инсталацията.

Колемън и колегите му са проверили тази хипотеза на практика, сравнявайки как се променя плътността на плазмата вътре в токамака, а също така и най-важните параметри на неговата работа при вкарване вътре в реактора DIII-D на нови порции деутерий и тритий, по единия и другия начин. Измерванията показали, че ако термоядреното гориво се вкарвало в реактора в газообразно състояние, температурата и плътността на плазмата отначало са се увеличавали, а след това започвали да падат в центъра на токамака. Причина за това било, че на движението на новите порции от водород пречел, така наречения, „изхвърлен“ слой от плазмата, който обкръжава тази част на плазмата, където протичат термоядрените реакции.

В другия случай, когато учените „обстрелвали“ плазмения тороид („геврек“ ) с помощта на микрогранули от лед, КПД-то на токамака не намалявало. Даже на практика се оказало, че този начин за доставяне на гориво в токамака, е по-ефективен, отколкото е предсказвала теорията. Всичко това, както смятат учените, доказва, че замръзналата вода по-добре подхожда за работа на ITER и евентуално за други по-големи термоядрени реактори в бъдеще.

* на снимката е показана вътрешността на токамака DIII-D по време на профилактика на реактора.

0 0 vote
Article Rating
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Inline