Russian / Francais / English
Первый русский гид по университетам Швейцарии
 

Публикации в швейцарской прессе

FNS Horizons

Исследования

ITER: Солнце в термосе

Физики EPFL погружаются в плазму, этот «бульон частиц», в котором происходит термоядерная реакция — источник энергии будущего.

 

ITER, International Thermo-nuclear Experimental Reactor – первый в мире экспериментальный термоядерный реактор.
ITER,
International Thermo-nuclear Experimental Reactor
– первый в мире экспериментальный термоядерный реактор.
Партнерами в реализации проекта ITER являются Европейский Союз, Япония, Китай, Индия, Южная Корея, Россия и США.
Будет построен в Кадараше на юге Франции

Читайте также:

Воспроизвести на Земле, в термосе, вспышку на Солнце, чтобы извлечь из нее чистую и надежную энергию для будущего. Такова цель международного проекта ITER, гигантского установки, которая будет сооружена в Кадараше (Cadarache), Франция, для исследования трудно реализуемого физического процесса термоядерной реакции.

Идея проста: соединять ядра двух легких элементов, чтобы они, создавая новое ядро, высвобождали энергию. Но эти слияния трудно организовать, поскольку положительно заряженные частицы должны преодолевать естественное электростатическое отталкивание. В Солнце существует громадная гравитационная сила звезды, а так же температура 15 миллионов градусов, которые позволяют двум модифицированным атомам водорода, изотопам дейтерия и трития, сливаться, чтобы образовывать ядра гелия. При этом высвобождая свет и тепло. На Земле процесс более сложный.

Чтобы происходило слияние, должна быть достигнута температура в семь раз выше. В 1960-е гг. русские ученые разработали токамаки (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) – «термосы» по форме похожие на воздушную камеру. В их внутреннем пространстве можно нагревать до 100 миллионов градусов «бульон из заряженных частиц», называемый плазмой - очаг синтеза. ITER со своим объемом 840 кубометров будет наибольшим устройством такого рода.

В течение 50 лет одна из трудных проблем, связанных со слиянием — это держать эту плазму, неосязаемую как облако, плотной, горячей и устойчивой, насколько это возможно. Именно за эту задачу взялась группа Амброджио Фазоли (Ambrogio Fasoli) в Центре исследования физики плазмы (Centre de recherches en physique des plasmas, CRPP) Федеральной политехнической школы Лозанны (l’Ecole polytechnique federale de Lausanne, EPFL). «А природа не разделяет наши симпатии», — сразу же переходит к делу профессор.

«На самом деле, в данную минуту, плазма теряет свои частицы и свою энергию в 1000-10 000 раз быстрее, чем это предсказывается теорией». Почему? «Плазма содержит неустойчивости, вызванные крошечными электромагнитными полями, созданными самими же частицами. Эти турбулентные потоки развивается нелинейно, и как небольшая волна могут перерасти в цунами, которая завершается выбросом частиц». До недавнего времени их характеристики оставались плохо известными, настолько измерения были сложны. И поэтому команда CRPP изобрела TORPEX. Это простой токамак, но обложенный датчиками, которые наблюдают от А до Z за деятельностью плазмы.»

Эксперимент дает убедительные результаты. «Наши исследования позволяют описывать турбулентные структуры, которые создаются, и как они выбрасывают частицы. Сейчас есть идея создать уловки, чтобы их уничтожать или, по крайней мере, их ограничивать», — объясняет физик. Эти данные также питают работу теоретиков. «И как только будет подтверждена правильность теории, она сможет быть с уверенностью применена для ITER.»

Другая трудная задача термоядерной реакции — сделать так, чтобы плазма сама себя поддерживала, чтобы машина на неопределённый срок производила больше энергии, чем она ее потребляет. Одним из способов достичь этого проходит через усовершенствование термической герметичности. Но учёные определили еще одну проблему. «Реакция синтеза порождает ядра гелия, также называемые альфа-частицы. Итак нужно, чтобы эти частицы жили достаточно долго в плазме, несколько секунд, чтобы передавать ей свою энергию и подпитывать процесс», — объясняет Амброджио Фазоли. Увы! Потому что в «бульоне частиц» существуют линии магнитных полей, которые действуют как струны гитары. Когда «альфа» взаимодействует с ними, рождается так называемая волна Альфвена (onde Alfven), подобно тому как пальцы, поигрывая струнами инструмента, рождают звук. «Однако эти волны могут звучать так громко, что они с силой выбрасывают своих собственных гитаристов - «альфа» вон из плазмы!»

Чтобы уловить эту необыкновенную музыку исследователи EPFL разработали антенну, которую они установили в JET, токамаке, который находится в Оксфорде. «Понемногу мы начали ‹слышать› эти альфвеновские волны. Таким образом мы всё лучше и лучше определяем параметры, которые оказывают влияние на их появление, и придумываем стратегии, чтобы их нейтрализовать. Это могло бы соответствовать игре на гитаре в масляной ванне, в результате которого звук слишком затухает, как бы ни вибрировали струны». Так как в конечном счете овладение термоядерной реакцией проходит через управление этими альфа-частицами.

Главная цель ITER, таким образом, – доказать реализуемость этой технологии, безопасной (машина не может пойти в разнос) и без загрязнения окружающей среды (никакого выделения углекислого газа), что может оказаться самым главным, чтобы ответить на будущие энергетические потребности. По мнению демографов, к 2100 г. население Земли удвоится, тогда как ресурсы ископаемых горючих материалов (уголь, нефть) возможно иссякнут. Реактор стоимостью 12 млрд. евро, должен вступить в строй в 2016 г. Прежде чем к 2030 г. другой предпромышленный прототип, названный DEMO, в конце концов не материализует эту технологическую авантюру, производя электричество.

Некоторые ученые, тем не менее, утверждают, что с учетом этих трудностей синтез всегда останется, как и в 1960 году уже, «достижимым в 50-летней перспективе…». Зато для Амброджио Фазоли развитие является впечатляющим. «В качестве доказательства, производительность синтеза прогрессировала гораздо быстрее, чем вычислительная мощность электронных чипов (puces electroniques)», — замечает он. Профессор убежден в этом: производство энергии путем термоядерной реакции будет возможным через 30 лет, «если только этот исключительно важный вызов считать как политической первоочерёдностью!»

Способ применения ITER

В «термосе» в форме воздушной камеры (1) ученые подогревают до 100 млн. градусов с помощью микроволн (2) «бульон из заряженных частиц», именуемый плазма (3), состоящей из дейтерия (D) и трития (T). Эти два производных водорода, впрыскиваемых через каналы (4) являются горючими веществами, имеющимися в значительном количестве на Земле: первое может быть извлечено из воды, второе производено из лития, металла, широко распространённого в земной коре. Считают, что 1 кг соединения D-T может производить столько же энергии, как и 10 000 тонн угля.

Плазма, удерживаемая внешним магнитным полем, чтобы она не вызывала эрозии внутренних поверхностей, является очагом термоядерной реакции: атомы дейтерия и трития объединяются (5). В результате этой реакции получаются безопасные атомы гелия и энергетические нейтроны. Сталкиваясь со стенками реактора, эти нейтроны временно становятся радиоактивными, но главным образом передают свою энергию в форме теплоты. Теплота, однажды собранная (6), может заставить работать паровые турбины, производя электричество. ITER, экспериментальный проект, должен производить 500 МВт тепловой мощности в течение 400 сек. Такого количества энергии достаточно для снабжения электричеством 15 000 домов.

 

Оливье Дессибур (Olivier Dessibourg)
Иллюстрация ITER

© FNS Horizons №73, Juin 2007, p. 30-31
© http://www.snf.ch/
© uni-CH.RU, перевод с французского, 2008

Ссылки по теме:
  • Федеральная политехническая школы Лозанны (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne - EPFL) - одна из ведущих европейских организаций в области науки и технологий. В состав EPFL входят исследовательские центры и лаборатории, расположенные на площади 500 000 кв.м., 4900 студентов, проходящих подготовку по программе бакалавров и магистров, 1400 соискателей кандидатской степени PhD, а также 2200 штатных сотрудников и преподавателей. В университетском кампусе EPFL живут представители около 100 национальностей, а около 50% ее преподавательского состава имеют иностранное происхождение (преимущественно из стран Европы и Америки). Журнал “The Times” прославил EPFL как самый интернациональный университет в мире.
    По-русски - http://www.uni-ch.ru/epfl/index_epfl.htm, по-французски и по-английски - http://www.epfl.ch
  • Центре исследования физики плазмы (Centre de recherches en physique des plasmas, CRPP)
    CRPP - the Plasma Physics Research Center, unit of the Faculty of Basic Sciences and ... Federale de Lausanne, Centre de Recherches en Physique des Plasmas ...
    http://crppwww.epfl.ch/
  • Амброджио Фазоли (Ambrogio Fasoli)
    Ambrogio F. Fasoli. Assistant Professor of Physics. Massachusetts Institute of Technology · Physics Department · Plasma Science and Fusion Center ... Ambrogio Fasoli nomme professeur associe
    http://actualites.epfl.ch/index.php?module=Presseinfo&func=view_com&id=247
  • Токамак — Википедия
    Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Плазма удерживается не стенками камеры, ...
    http://ru.wikipedia.org/wiki/Токамак
  • All-the-World's Tokamaks
    An extensive list of current and historic tokamaks from around the world.
    Specifications of 198 machines are given on this site
    (of which over 35 are operating today).
    http://www.toodlepip.com/tokamak/
  • ITER
    ITER is an international project to design and build an experimental fusion reactor based on the "tokamak" concept.
    http://www.iter.org/
  • ITER - Wikipedia, the free encyclopedia
    ITER was originally an acronym for International Thermonuclear Experimental Reactor, but that title was dropped due to the negative popular connotation of ...
    http://en.wikipedia.org/wiki/ITER
  • Международный экспериментальный термоядерный реактор — Википедия
    Первоначально название ITER было образовано как сокращение английского названия International Thermonuclear Experimental Reactor. В настоящее время оно, ...
    http://http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B6%D0%B4%D1%83%D0%BD%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8D%D0%BA%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80
  • JET, the Joint European Torus
    JET is situated in Oxfordshire, UK, at the Culham Science Centre. It is collectively used by EURATOM Associations from more than 20 European countries.
    The JET device is currently the world's largest Tokamak. The JET facilities include plasma heating systems capable of delivering up to 30 MW of power, an Active Gas Handling System and a Beryllium Handling Facility providing JET with a unique Tritium and Beryllium capability, respectively.
    Over the next few years JET's technical capabilities will be significantly enhanced in order to optimally support ITER's final detail design and in preparation for exploiting ITER.
    http://www.jet.efda.org/index.html
  • A video featuring operation of JET. (Via YouTube.com.)
    Part of a good Discovery Channel video about alternative energy.
    A bit sensational, and featuring an unusual amount of celebration at the end of an ordinary JET pulse - blame the director for that!
    http://www.youtube.com/watch?v=Gyg0ky_VMzo
  • Hannes Alfven - Wikipedia, the free encyclopedia
    Alfven made many contributions to plasma physics, including theories describing the behavior of aurorae, the Van Allen radiation belts, the effect of ...
    http://en.wikipedia.org/wiki/Hannes_Alfven
  • Участие России в Проекте
    http://www.iterrf.ru/struktura-iter/struktura-iter-.html
  • Термоядерная энергия
    Океан энергии. Как-то руководителя английской термоядерной программы лауреата Нобелевской премии Джона Кокрофта спросили, когда термоядерный реактор даст ...
    http://reactors.narod.ru/pub/therm_nucl/therm_nucl.htm
  • Элементы - новости науки: Япония и ЕС возобновили переговоры о ...
    Япония и ЕС возобновили переговоры о строительстве реактора ITER ... Евросоюз и Япония предприняли решительные шаги в ходе переговоров о строительстве ...
    http://elementy.ru/news/25632
  • Проект ИТЭР: предпоследняя итэрация — Эксперт Online 2.0
    Проект ИТЭР: предпоследняя итэрация: Управа на термояд: Подписаны документы о строительстве первого международного термоядерного экспериментального реактора ...
    http://www.expert.ru/rss/doc187712
  • Термоядерный оптимизм — Эксперт Online 2.0
    Развитие термоядерной энергетики, старт которому был дан более полувека назад, испытывало и взлеты, и падения [1]. Не раз оптимизм сменялся пессимизмом, ...
    http://www.expert.ru/rss/doc313997



© uni-CH.RU 1999-2008 | info@uni-ch.ru | 02.04.2008

  ???????@Mail.ru   Rambler's Top100