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

Добави коментар

avatar
  Subscribe  
Извести ме

Related posts