Технологии Физика 

Новa хитрост при получаването на енергия чрез термоядрен синтез би могла най-после да произведе неограничено количество чиста енергия

Credit: IPP
Credit: IPP

В свят, на който му е трудно да се откаже от манията си да използва изкопаеми горива и да задоволи апетита си от енергия, съществува технология в развитие, която изглежда твърде добра, за да е истина: ядрен синтез.

Ако тя проработи, то енергията, получавана чрез термоядрен синтез, би предложила огромни количества чиста енергия с почти неограничен източник на гориво и буквално нула въглеродни емисии.

През февруари миналата година официално беше отворен нов вид реактор, наречен Wendelstein 7-X.

Това е експериментален ядрен реактор на стойност 1 милиард евро, построен в град Грайфсвалд, Германия, който да тества вид реактор, наречен стеларатор.

Изчислено е, че около 2021 г. той ще може да функционира в продължителност на 30 минути, което е рекорд за ядрен реактор. Това е важна стъпка по пътя към демонстрирането на съществен елемент от бъдещата ядрена централа: продължителното действие.

Но този реактор не е единственият участник в играта. В южна Франция е изграден мегапроектът ITER – експериментален ядрен реактор на стойност 20 милиарда щатски долара, който използва различен дизайн и е наречен токамак.

Но въпреки че Wendelstein 7-X и ITER използват различни дизайни, двата проекта се допълват и е възможно двете иновации в крайна сметка заедно да дадат работеща ядрена електроцентрала като резултат.

Целта е да се възпроизведе реакцията, която захранва нашето слънце, при която два много леки атома, като водород и хелий, се сливат.

Така образувалият се атом е малко по-лек от сбора на изходните два атома и разликата в техните маси се превръща в енергия, според формулата на Айнщайн E = mc².

Трудността идва от необходимостта двата атома да бъдат накарани да си взаимодействат, а това изисква нагряване до милиони градуси по Целзий.

Да се задържи толкова нагрято гориво не е лесна задача и затова то се превръща в горещ йонизиращ газ – плазма, която може да бъде контролирана чрез магнитно поле, което да не ѝ позволява да докосва вътрешността на реактора.

Това, което прави Wendelstein 7-X особено интересен е неговият дизайн на стеларатор. Той се състои от вакуумна камера, внедрена в магнитна бутилка, която е изградена от система от 70 свръхпроводими магнитни намотки. Те създават мощно магнитно поле, което ограничава горещата плазма.

Стелараторите и токамаците са видове тороидални (с форма на поничка) магнитоограничаващи устройства. При  експериментите с тях, силно тороидално (или кръгово) магнитно поле създава магнитна бутилка, която задържа плазмата.

Но за да е добре затворена плазмата в камерата с форма на поничка, магнитното поле се нуждае от усукване. В токамака, който се използва при реактора ITER, много силен ток протича през плазмата, създавайки нужното усукване. Обаче, силният променлив ток може да произведе нестабилности, които могат да разрушат плазмата.

Ако плазмата е разрушена, е необходимо реакторът да се напълни с газ, който да „потуши” плазмата и да предотврати съсипването на експеримента.

В стеларатора, усукването на магнитното поле е възможно чрез усукване на самата машина. По този начин се отстранява огромното количество тороидален ток и прави плазмата значително по-стабилна.

Цената се определя от сложността в проектирането на намотките и намаленото задържане, което означава, че плазмата се задържа много по-трудно в магнитния „мехур”.

Докато W7-X и ITER използват различни подходи, то технологията и при двата е сходна. И двете са тороидални свръхпроводими машини, и двете използват външни системи за загряване като радио вълни, метод на насочване в плазмата на лъчи с неутрални частици за нейното нагряване, а голяма част от диагностичната технология на плазмата и при двете е обща.

При дадена електроцентрала, тежките изотопи на водорода се смесват, за да образуват хелий, а заедно с това и енергиен неутрон.

Хелият се съдържа в плазмата, неутронът има отрицателен енергиен заряд и се изстрелва към заобикалящата го плазма. Тя се нагрява и от своя страна задвижва парна турбина, която произвежда електричество.

За целта е необходимо да се създадат материали, които да могат да устоят на високата топлина и бързите неутрони, създадени от ядрената реакция.

Независимо от дизайна, първата стена на подобен реактор трябва да устои на масивното бомбардиране на високо-енергийни частици през цялата си жизнена експлоатация.

Засега е твърде рано да се каже дали токамак на ITER или стеларатора, използван от W-7X, е по-подходящ за комерсиална ядрена електроцентрала.

Но началото на изследванията на W-7X не само ще помогне да се реши коя технология е най-добра за разработка, но и качествено ще допринесе за бъдещи експерименти с ядрен синтез и един ден ще доведе до истинска революция в начина, по който се добива енергия.

 

Превод: Пламен Василев

Източник: Science Alert

Коментари

коментара

Related posts

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close