Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Российские ученые создали уникальный плазменный генератор

Прорыв высоких технологий: в России создан уникальный плазменный генератор

Немецкие СМИ: России уже не нужен рынок Германии – Китай смог полностью заменить Европу

Пекин наращивает торговые отношения с Москвой и покупает все больше газа, занимая место Евросоюза.

  • 68 565

О Европе можно забыть: Украина начала мечтать о российском уровне жизни

Наглядные результаты разорванных соглашений и уничтоженного производства – ВВП Киева в три раза меньше, чем у Москвы.

  • 59 293

«Пророчества» сбываются: СМИ перечислили признаки близкого завершения строительства «Северного потока-2»

Получит ли завершение «мыльная опера» под названием СП-2 в самое ближайшее время? Все говорит об этом.

  • 51 716

Впервые за 30 лет Россия начала добывать бериллий

Госкорпорация «Ростех» приступила к разработке изумрудно-бериллиевых блоков на Мариинском прииске.

  • 7 760

Акционеры ЮКОСА проиграли России в Гааге

Окружной суд Гааги вынес решение об отказе в удовлетворении иска компаний Михаила Ходорковского, требовавших ареста объектов авторского права российской компании для реализации решения суда о взыскании с России денежных средств по делу ЮКОСА.

  • 7 113

«Нафтогаз» ищет спасение от грядущих убытков в США

Транзитный контракт Украины с Россией рассчитан на пять лет, но тревогу в «незалежной» бьют уже сейчас. Вся надежда на Вашингтон, разумеется.

  • 7 009

Просьба Москвы рассмешила Вильнюс: Наказали Батьку, унизили Кремль

Литва полагает, будто поставила Россию на колени в вопросах торговли электроэнергией.

  • 5 926

МС-21 с двигателями ПД-14 готовится к первому полету

Похоже, что «диверсия», которую пытались совершить западные партнеры, отказавшись поставлять композиты для нашего перспективного лайнера МС-21, не удалась. В Минпромторге РФ заявили, что процесс запуска самолета в серийное производство идет по графику.

  • 5 123

Опыт с энергомостом поможет Крыму решить водную проблему

Меры Правительства РФ помогут решить проблему с водоснабжением в Крыму, считает депутат Государственного совета Республики Крым Владислав Ганжара.

  • 5 065

Американский финансист Шифф предупредил об обвале доллара и кризисе в США

Американский финансовый эксперт Питер Шифф предрек Соединенным Штатам долларовый кризис невиданных ранее масштабов. Об этом говорится в материале, опубликованном англоязычной редакцией телеканала RT.

  • 4 314

«У русских десятки, у нас — два»: в чем США безнадежно отстали от России

Американцы стремительно теряют Арктику. К такому неутешительному для США выводу пришли члены комитета по вооруженным силам сената Роджер Уикер и Дэн Салливан. По мнению сенаторов, стране остро не хватает ледоколов, способных действовать на Северном полюсе и Россия находится в куда более выигрышном.

Российские ученые разрабатывают уникальный генератор плазмы

Ученые тестируют новый термоядерный реактор для создания дешевой и чистой энергии (новости) (Ноябрь 2020).

Ученые из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (NRNU MEPhI) разработали плазменный генератор, который создает высокоинтенсивный импульсный магнетронный разряд в паре расплавленного материала.

Устройство состоит из плазменного компонента и источника энергии и работает в специальных режимах магнетронного разряда-распыления, сопровождается интенсивным испарением расплавленного вещества, из которого образуется покрытие. Согласно статье, опубликованной в научном журнале Surface and Coatings Technology, новый метод позволит быстро применять высококачественные тонкие пленки в высокотехнологичных приложениях.

Осаждение магнетронным распылением широко используется для металлических и диэлектрических покрытий в электронике, машиностроении, архитектуре и других областях. Например, магнетронное осаждение является единственным методом нанесения энергосберегающих покрытий на стеклянные панели зданий. Этот метод также используется для нанесения твердых покрытий на режущие инструменты и на все виды декоративных покрытий. Нитрид титана применяется, например, к церковным куполам вместо золота. В микроэлектронике этот метод используется для металлизации панелей IC и оптики для создания светофильтров.

Открытие высокоинтенсивного импульсного магнетронного разряда МИФИ в конце 1980-х годов стало мощным стимулом для исследований в этой области. В 2000-х годах Европа и США представили на его основе технологию HiPIMS (мощное импульсное магнетронное распыление).

«Однако магнетронное осаждение имело недостаток — скорость, с которой покрытия, образующиеся на материалах, были низкими по сравнению с вакуумным испарением», — сказал Александр Тумаркин, инженер МИФИ. Он добавил, что покрытия, оставленные вакуумным испарением, были намного хуже, чем покрытия, полученные магнетронным осаждением. Тумаркин сказал, что промышленники всегда сталкивались с выбором между качеством продукции и производительностью предприятия. «Нам удалось объединить преимущества обеих технологий в устройстве для создания высокоинтенсивного импульсного магнетронного разряда с расплавленным катодом», — сказал он, добавив, что сильноточное распыление расплавленной мишени имеет огромный технологический потенциал.

В настоящее время эксперты работают над прототипами устройства, которое будет производиться в коммерческом масштабе в будущем. «Промышленный прототип устройства может использоваться в качестве плазменного генератора в промышленных и лабораторных условиях в качестве отдельного модуля для создания высококачественных пленок», — сказал инженер МИФИ Андрей Казиев, добавив, что это потребует компании, выпускающие энергосберегающее стекло, современных элементов энергии и различных машиностроительных предприятий.

В России создали уникальный портативный электрогенератор

Российские ученые создали прототип первого в мире портативного источника электроэнергии. По своим характеристикам он будет значительно превосходить аккумуляторные батареи.

Генератор под названием «Топаз» будет способен непрерывно вырабатывать электричество из различных веществ при температуре воздуха от –40 до +50 градусов.

По словам представителя разработчика, в настоящее время в зарубежных устройствах используется только один вид специально подготовленного топлива.

Кроме того, новинка российских специалистов будет обладать меньшим удельным весом и огромной энергоемкостью. Ее мощность составит 3 тыс. Вт·ч.

Устройство планируется применять в робототехнике, туризме, а также для обслуживания инфраструктурных объектов, в том числе на севере.

Подробнее — в материале «Известий»:

  • О компании
  • Редакция
  • Пресс-центр
  • Реклама
  • Новости о нас
  • Пользовательское
    соглашение
  • Охрана труда

Авторское право на систему визуализации содержимого портала iz.ru, а также на исходные данные, включая тексты, фотографии, аудио- и видеоматериалы, графические изображения, иные произведения и товарные знаки принадлежит ООО «МИЦ «Известия». Указанная информация охраняется в соответствии с законодательством РФ и международными соглашениями.

Частичное цитирование возможно только при условии гиперссылки на iz.ru.

АО «АБ «РОССИЯ» — партнер рубрики «Экономика»

Сайт функционирует поддержке Федерального агентства коммуникациям.

Ответственность за содержание любых рекламных материалов, размещенных на портале, несет рекламодатель.

Новости, аналитика, прогнозы и другие материалы, представленные на данном сайте, не являются офертой или рекомендацией к покупке или продаже каких-либо активов.

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельства о регистрации ЭЛ № ФС 77 — 76208 от 8 июля 2019 года, ЭЛ № ФС 77 — 72003 от 26 декабря 2019 года

Все права защищены © ООО «МИЦ «Известия», 2020

Сибирские физики принимают участие в создании источника чистой и дешевой энергии

В середине августа 2020 года весь мир узнал о начале сборки реактора ИТЭР — крупнейшего международного проекта современности, воплощении человеческой мечты о дешевой и экологически безопасной, или зеленой, энергии. Подробнее о проекте и участии в нем российских ученых, в частности сотрудников Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, рассказал советник директора ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Александр Бурдаков.

Море зеленой энергии

— Инициатором этой работы выступил академик Евгений Велихов еще в разгар перестройки в СССР,— вспоминает ученый.— Тогда же Михаилу Горбачеву удалось договориться с Рональдом Рейганом о совместном создании термоядерного реактора. Соединенные Штаты Америки в консультациях с Японией и Европейским сообществом выдвинули предложение относительно того, каким образом осуществлять такую деятельность. Уже в 1988 году началась фаза концептуального проектирования, затем был создан технический проект.

К участникам проекта присоединились Китай, Корея и Индия. Местом строительства выбрали юг Франции, неподалеку от Марселя, где находятся французский ядерный центр Кадараш и Комиссариат по альтернативным видам энергетики CEA. Кроме большого опыта в области создания оборудования для ядерной энергетики для строительства ИТЭР нужен был участок, доступный для крупного судоходства, поскольку масса деталей реактора составляет сотни тонн и превышает допустимые пределы возможностей наземных видов грузового транспорта.

Первый прообраз термоядерного реактора — ТОКАМАК (тороидальная камера с магнитными катушками) — был изобретен и построен в СССР в 1954 году. Она представляет собой обмотанную магнитными катушками вакуумную камеру, внутри которой находится плазма, нагретая до десятков миллионов градусов. С того момента как в СССР появился первый работающий ТОКАМАК, в мире начался настоящий бум в области физики плазмы. Все поняли, что создание настоящего термоядерного реактора позволило бы отказаться от всех остальных видов энергии, прекратить сжигание топлива и выбросы в атмосферу двуокиси углерода и целого списка других вредных веществ. Непрерывно горящая плазма, процесс горения которой однажды вышел бы в режим самоподдержания — а именно это и должно произойти в ИТЭР, правда, на короткие промежутки времени,— это была бы победа над ресурсоемким производством энергии, над добывающей промышленностью, выкачивающей из недр все мыслимые и немыслимые ресурсы — уголь, нефть, газ. Никаких ресурсов, ноль выбросов и целое море энергии.

Эйфория после взрыва водородной бомбы, который показал термоядерную энергию в действии, прошла после того, как выяснилось, что управление горением плазмы — задача крайне сложная. Дело в том, что плазма, которая состоит из газовой смеси двух изотопов водорода — дейтерия и трития, должна иметь температуру горения 100 млн градусов. Такая температура на период длительностью несколько секунд была неоднократно достигнута в качестве пиковой отметки на установках термоядерной энергии в Европе, Японии, США, Корее и Китае. Удержание такой температуры на большие периоды времени, а в идеале — в постоянном режиме, должно происходить благодаря постоянному магнитному полю, которое может быть обеспечено только при условии, что магнитные катушки сделаны из сверхпроводящих материалов. Но сверхпроводники хорошо работают как раз при отрицательных температурах, то есть при 4 К, или минус 270 °С. Причем эти объекты — ледяной и горящий — внутри установки расположены всего в нескольких метрах друг от друга. Для термоизоляции этих двух объектов используются сложные системы магнитного поля. Тем не менее вопрос термоизоляции — далеко не самый сложный среди целого ряда других технических проблем. Одна из таких проблем — это чистота плазмы, которая в ходе своего горения довольно быстро загрязняется, несмотря на то что оно происходит в сверхчистой вакуумной камере. Дело в том, что плазма не всегда горит равномерно, а зачастую локализуется около стенки камеры и начинает расплавлять ее. Как только в плазме появляются элементы примеси, эта примесь становится источником тормозного излучения. Тормозным оно называется, поскольку его испускает быстрая заряженная частица, которая тормозит в электрическом поле и при этом рассеивается. Если таких частиц примеси оказывается больше определенного количества, плазма не может продолжать гореть.

Читать еще:  Размеры приводной роликовой цепи и ее конструкция

«Приемный пункт» для плазменной струи — это дивертор, который смонтирован внутри камеры. Струя плазмы поступает в него не постоянно, а импульсно. В пиковых моментах дивертор работает на предельной температуре, при которой он также может плавиться и портить плазму. Материалы изготовления первой (самой внутренней и, соответственно, самой горячей стенки) реактора — это одна из ключевых проблем проекта ИТЭР. Из всей таблицы Менделеева ученые выбрали для стенки вакуумной камеры реактора самые термостойкие материалы. Еще каких-то пять лет назад эту миссию выполнял углерод, но в ходе экспериментов он не оправдал ожиданий: после каждого импульса плазменной струи от углеродных стенок поднималась пыль, которая накапливала в себе тритий, сорбируя его из газовой изотопной смеси, нарушая тем самым ее состав. Кроме того, тритий токсичен и должен полностью выгорать либо циклически возвращаться в камеру, а, впитываясь в углеродную пыль, он таким образом накапливался. Тогда выбор материалов пал на бериллий для стенок камеры и вольфрам для дивертора. Бериллий — самый легкий из всех термостойких элементов и, конечно, очень дорогой материал. Если на этом этапе мы вспомним, что размер дивертора соответствует примерно железнодорожному составу, то легко сможем ответить себе на вопрос о переносе сроков и кратном увеличении финансовых вложений в проект.

Весь ИТЭР размером с маленький городок, примерно километр в диаметре, и каждый его метр начинен самым дорогим и надежным оборудованием. Недавно над реактором появилась крыша. Александр Владимирович показывает фотографию реактора, где на одном из этажей можно видеть крошечного человека. Точнее, увидеть-то его как раз нельзя, если заранее не знать, что он там стоит. Даже для не очень подробного описания всех деталей реактора понадобилась бы целая книга, поэтому широкому читателю для общего понимания можно пояснить, что ИТЭР — это гигантский водонагреватель. При термоядерной реакции выделяется главный носитель энергии — нейтрон, который нагревает носитель, а с этого носителя тепло уже забирает вода, поступающая в турбину, которая превращает энергию в электрическую. А самой плазме энергия придается альфа-частицами, которые выделяются при термоядерной реакции внутри нее же (плазмы). Собственно, термоядерная реакция и представляет собой горение очень разреженной (менее 1%) смеси газов, во время горения которой выделяются нейтроны и альфа-частицы. Плазме для поддержания горения не нужен внешний источник энергии: начиная с определенного коэффициента передачи энергии (q = 10), этот процесс становится циклическим, и она превращается в вечный двигатель.

Главная задача проекта ИТЭР — продемонстрировать длительное горение в стационарном импульсе. И решение этой задачи, с одной стороны, похоже на чудо, с другой — современной физике плазмы пока неизвестно, что может помешать этому чуду свершиться после стольких лет исследований и экспериментов.

Пока проект носит научный экспериментальный характер, поэтому им занимаются совместно многие страны. Когда из аббревиатуры исчезнет буква «Э» — «экспериментальный», создание реально работающего образца для нужд экономики станет задачей для каждой отдельно взятой страны. Наиболее крупные установки термоядерной энергии были созданы в Европе (Jet) и в Японии (JT-60). Свои небольшие ТОКАМАКи есть и в России, Корее, Китае, Индии, и в каждой из стран—участников международного проекта ИТЭР. И в каждой из перечисленных стран действует своя национальная программа развития атомной энергии, поскольку от практической готовности воспринять результат международного проекта напрямую зависят реализация и ее экономический эффект для этих государств.

Сроки запуска реактора за все эти годы много раз сдвигались, а суммы необходимых вложений увеличивались в разы. Изначально планировалась сумма €5 млрд, затем — €19 млрд. Тем не менее никто из стран-участников не только не отказался от реализации проекта мечты, но участников еще прибавилось: их ряды пополнил Казахстан. Никакие эпидемии вирусов, никакие санкции не остановили реализацию проекта. Самые большие поставки во Францию из российских институтов — у НИИ ЭФА им. Д. В. Ефремова. Оттуда через пять границ в самый разгар пандемии, когда везде действовал запрет на любые поставки, на грузовиках к реактору везли изготовленное оборудование по специальному разрешению от ЕС. Это были единственные работы, которые в общих интересах нельзя было останавливать.

Диагностика сердца ИТЭР

Россия строит чуть менее 10% реактора ИТЭР. Каждый день участники по несколько часов ведут обсуждение деталей проекта на онлайн-конференциях по темам, касающимся конкретных групп ученых и определенных стран. Автору этого текста пришлось покинуть кабинет как раз с началом такого онлайн-совещания, так и не успев задать эксперту всех вопросов. Зато интервью завершилось неожиданной экскурсией в чистый зал, где новосибирские физики уже сконструировали помещение для создания порт-плагов — бункеров размером с танк Т-60 и начиненных тысячами датчиков для измерения всех необходимых параметров горения плазмы. Это десятки тысяч видов различных измерений. Чаще всего это томографические измерения для постоянной фиксации и выявления различных характеристик плазмы. Через отдельные порты будет происходить собственно нагрев плазмы. Таких «танков» на реакторе 28, каждый — для решения своих задач. Все они будут закреплены непосредственно на вакуумной камере, поэтому их вес не должен превышать 50 тонн.

Четыре порт-плага (три верхних и один более крупный — экваториальный) создает Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. В каждом порт-плаге своими измерениями займутся разные группы ученых из нескольких стран. В порт-плагах, сделанных в Новосибирске, предстоит работать научным группам из России, Европы, Индии, Кореи и США. Задача сибиряков — интегрировать абсолютно разные технологии измерения в единый комплекс, при этом не превысив параметры порт-плагов ни по массе, ни по занимаемой площади внутри бункера. Ученые из ФТИ имени Иоффе планируют регистрировать в плазме атомы перезарядки, ученые из Кореи — измерять уровень ультрафиолетового излучения, а американские специалисты собираются проводить СВЧ-диагностику плазмы.

Организации из перечисленных стран-участниц займутся сборкой порт-плага непосредственно в ИЯФ СО РАН. Для сборки таких объектов нужны, с одной стороны, огромная грузоподъемность кранов для перемещения и различных манипуляций с многотонными комплектующими, с другой — необходимо чистое помещение, чтобы на прецизионно точное оборудование не попала пыль. Зал с такими уникальными характеристиками, вероятно, будет похож на гигантскую операционную. Такое сравнение выглядит особенно уместно, если иметь в виду, что вакуумная камера с порт-плагами — это сердце ИТЭР, а постоянные измерения — это диагностика, необходимая для его жизни.

С этой целью в ИЯФ создали огромный зал и оснастили его подвесным краном и промышленными системами фильтрации поступающего воздуха. При открывании люка для загрузки оборудования с улицы из помещения наружу поступает сильный встречный поток воздуха, который не допускает попадания пыли внутрь зала. Первые испытания пройдут на макетах. Начало сборки запланировано на 2022–2023 годы.

На грани возможностей

Сложность конструкции порт-плага в том, что у датчиков внутри него должен быть обеспечен доступ к плазме, а у плазмы к датчику — нет. Port — «вход», plug — «пробка». То есть в сторону плазмы будет вход, а в сторону бункера пробка. Это как прикоснуться к огню и не обжечься, а точнее — измерить параметры горения плазмы, но не пропустить нейтронное излучение от нее к человеку.

Большая часть измерений предполагает обратную связь, то есть производится не только с целью контроля, но и для управления процессами горения. Например, можно следить за движением плазмы, чтобы с помощью магнитного поля не допустить ее прикосновения к стенкам вакуумной камеры,— из всех деталей реактора только вольфрамовый дивертор рассчитан на непосредственный кратковременный контакт с плазмой. Между тем, тепловые нагрузки на дивертор очень близки к предельным и даже превышают нагрузки на внутренние стенки жидкостного ракетного двигателя.

Дивертор — важнейшая часть вакуумной камеры, через которую из камеры постоянно с высокой скоростью уходит загрязненная заряженная плазма, которая очищается от примесей, нейтрализуется, охлаждается и возвращается обратно. Он покрыт сантиметровыми вольфрамовыми плиточками, внутри которых находятся трубки охлаждения. Масса одних только вольфрамовых плиток составляет 50 тонн. Причем конструкция выглядит так, что грань одной плитки должна лежать в тени предыдущей, чтобы не расплавиться. Несмотря на все использованные технические возможности для создания термоустойчивой конструкции, за весь срок службы ИТЭР дивертор будет полностью заменяться дважды, то есть каждые десять лет.

— Проект ИТЭР уникален тем, что он делается впервые в мире, и многие решения, которые в нем будут реализованы, тоже впервые появятся на свет,— подчеркнул Александр Бурдаков.— Особенно ценно, что это именно экспериментальный реактор, то есть ведется полностью научная работа, в которой участвуют все звенья — от таких государственных гигантов, как «Росатом», и научных институтов до аспирантов и студентов университетов, которые получают колоссальный опыт; публикуются десятки научных статей. Я уверен, что ИТЭР в будущем поможет спасти экономику и экологию нашей планеты, но сегодня это огромный шаг именно в науке, который мы синхронно делаем с зарубежными партнерами. Именно в ходе таких работ и возникают все ноу-хау, которые потом реализуются в обычной жизни в качестве различных приборов, программ, каких-то невероятных гаджетов. ИТЭР — это новое слово в отношении ко всем предыдущим научным установкам, которые в начале 2000-х называли «мегасайнс»,— наука, которая делается на гигантских установках и которую двигают гигантские усилия международного научного сообщества.

PDF-версия

  • 14
  • 15
  • 16

Разжечь Солнце на Земле. Россия первой запустит полноценный термоядерный реактор

Фото © FuseNet Association / Khang Le

» src=»https://static.life.ru/posts/2019/06/1220245/54ec9c00d0b82275ae74557173e630c7.jpg» loading=»lazy» style=»width:100%;height:100%;object-fit:cover»/>

Физики Курчатовского института планируют совершить то, что самые развитые мировые державы не могут сделать на протяжении 60 лет. К 2020 году в России может заработать первый термоядерный реактор — источник чистой и дешёвой энергии, призванный заменить обычные атомные электростанции. Такую технологию пытались «оседлать» и раньше, но серьёзных успехов в этом направлении никто так и не достиг.

Как это работает

Читать еще:  Краткие сведения по технологии изготовления абразивных инструментов

Фото © ИТАР-ТАСС/ Виктор Воног

С точки зрения физики высоких энергий, использование отдельных элементов в термоядерной «топке» выглядит крайне просто. Термоядерный синтез предполагает, что вместо радиоактивных элементов, таких как уран и плутоний, в качестве топлива в реактор будут загружаться дейтерий и тритий, после чего с помощью электричества конструкция будет разогреваться до температур, которых нет даже на Солнце. После того как температура внутри реактора становится достаточной для начала реакции, происходит постепенный выброс огромного количества тепловой энергии, с помощью которой вырабатывается электричество. Но просто это звучит только в теории, иначе термоядерный синтез был бы поставлен на поток почти сразу после разработки теории и просчёта всей реакции физиками и математиками.

Главная и пока, к сожалению, нерешённая проблема термоядерных реакторов, предназначенных для разогрева дейтерия и трития до температуры в сотню миллионов градусов, — отсутствие эффективности. Если выражаться проще, то удерживать разогретые до состояния плазмы дейтерий и тритий в реакторе учёные научились, но энергия, выделяющаяся во время процесса синтеза, оказывается меньше той, что потребляет реактор. Впрочем, реакцию продолжительной назвать нельзя — со времён первых опытов советских учёных продолжительность реакции увеличили лишь на сотые доли секунды. Успеха не удалось добиться даже самым пытливым в мире физикам — китайским. Их «реактор будущего» под названием EAST разогрелся до 100 млн градусов лишь на тысячные доли секунды — фантастический результат для китайцев, но совершенно отвратительный для коммерческой эксплуатации.

При этом обычного разогрева трития и дейтерия до плазменной «каши» недостаточно. Главная задача термоядерных реакторов (токамаков), которую учёные никак не могут решить на практике, состоит в том, что разогретые частицы нужно удерживать на месте. Только так они будут пригодны для выработки и преобразования тепловой энергии в электричество. При коротких «прожигах» реакторов этого не требуется, но для промышленной эксплуатации необходимы длительные реакции. Добиться этого пока не получается — контроль над системой теряется почти сразу, и термоядерный реактор приходится экстренно останавливать.

Зачем это нужно

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER). Фото © AP Photo / Claude Paris

Мощность самой производительной в России Ленинградской АЭС составляет 4200 МВт. Расщепления радиоактивных материалов в четырёх энергоблоках достаточно, чтобы осветить огромную территорию. Средняя мощность Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER), который строят во Франции, должна составить 500 МВт за один импульс, а пиковая мощность этого комплекса должна составить 1100 МВт — четверть мощности Ленинградской АЭС.

Инженер-атомщик Владимир Спиридонов в беседе с Лайфом отметил, что кроме использования нового типа топлива и потенциально огромного количества энергии могут сильно уменьшиться и размеры электростанций.

Реактор ITER — это лишь первый шаг. Его размеры велики, но по мере развития технологии такая станция станет меньше. Возможно, со временем размеры всего комплекса уменьшат до размеров офисного здания

Особенность термоядерного синтеза заключается в том, что за сутки таких импульсов может быть десять, а при должном умении — сто и даже более тысячи. После перемножения импульсов на мегаватты выработанной энергии получится, что самая маленькая термоядерная электростанция в разы производительнее атомной. К тому же дейтерий и тритий, используемые в качестве топлива, существенно экологичнее изотопов урана и плутония, да и термоядерный реактор (в теории) почти не надо «перезаряжать».

По сути, термоядерная электроэнергетика — «святой Грааль» человечества. Она способна решить все энергетические проблемы на ближайшие несколько столетий вперёд. Во-первых, после появления термоядерной энергии исчезнет проблема радиационной опасности объектов. Проще говоря, никакого «второго Чернобыля» или «Фукусимы» и близко произойти не сможет. Во-вторых, развитие термоядерного синтеза позволит ликвидировать энергетический голод человечества.

Сейчас все атомные электростанции по всему миру, все ГЭС и ТЭС вырабатывают лишь 2,5 ТВт (тераватт) электроэнергии. Стремительный рост населения спровоцировал и дефицит энергии. Сейчас, по прогнозам специалистов, потребность человечества в электроэнергии оценивается в 10 ТВт — почти в пять раз больше, чем наука и промышленность могут предложить. В-третьих, термоядерный синтез почти сразу станет причиной освоения. Луны.

Дело в том, что, несмотря на достаточное количество дейтерия и трития, идеальным топливом для термоядерных реакторов будущего является гелий-3 — самый лёгкий изотоп гелия. Его практически нет в чистом виде на Земле — для его наработки специальным образом обрабатывают тритий, а процесс этот стоит так дорого, что промышленное производство гелия-3 крайне невыгодно и потому лишено смысла.

Идеальным местом добычи гелия-3 является именно Луна. В лунном грунте гелий-3 лежит в чистом виде, и его даже не нужно обрабатывать: достаточно просто собирать в капсулы специальным комбайном — и можно сразу отправлять на Землю ракетной экспресс-доставкой. Считается, что две тонны гелия-3, разогретые в токамаке или стеллараторе (модернизированный термоядерный реактор), могут дать столько же энергии, сколько 30 млн тонн нефти, сжигаемой в печах ТЭС. Если верить специалистам в области энергетики, лунных запасов гелия-3, необходимого для термоядерного синтеза, будет достаточно для обогрева и освещения Земли в течение следующих шести-семи тысяч лет.

Правда, есть одна проблема. Некоторые физики считают применение гелия-3 в термоядерных реакторах неграмотным и настаивают на том, что все доводы в пользу этого элемента — обычная глупость.

Российские учёные из Новосибирска создают плазменные реактивные двигатели

Новосибирские физики – в авангарде космического двигателестроения

Принципиальная возможность создания плазменной реактивной тяги уже доказана и с 2019 года ученые новосибирского Института ядерной физики имени Будкера (ИЯФ), Новосибирск) начнут серию экспериментов на новой установке по удержанию плазмы с параметрами, пригодными для создания ракетного двигателя. Об этом 27 декабря сообщил журналистам заместитель директора ИЯФ Александр Иванов.

По его словам, уже «установлено штатное оборудование на эту установку, и мы готовимся к началу экспериментов на ней уже в январе следующего года». Установка позволит продвинуться в разработке принципиально новых реактивных двигателей для космических аппаратов.

«Температура плазмы в ней — 100 тыс. градусов, плотность достаточно большая, — сказал Иванов. — Для двигателя — это прямо то, что нужно».

«Первые эксперименты показали, что эффект существует, космический мотор работает, и средство для уменьшения потерь из плазмы тоже работает», – уточнил он.

Заместитель директора ИЯФ отметил, что в качестве рабочего вещества в двигателе может использоваться вода. До этого Иванов сообщал журналистам, что в перспективе термоядерная установка позволит создать двигатели мегаваттной мощности, значительно превосходящих разрабатываемых ядерных электрореактивных двигателей.

Установка российских учёных основана на совершенно новом принципе: плазма находится в так называемой магнитной ловушке и удерживается вращающимся спиральным магнитным полем (винт Архимеда). Идею предложил еще в 1950-е годы основатель ИЯФ Гирш Будкер, поэтому устройство получило название «пробкотрон Будкера».

Плазменный двигатель большой мощности: в РФ заявили о перспективном проекте

Российские ученые создали уникальный плазменный генератор

Российские ученые создали прототип первого в мире портативного источника электроэнергии. По своим характеристикам он будет значительно превосходить аккумуляторные батареи.

Генератор под названием «Топаз» будет способен непрерывно вырабатывать электричество из различных веществ при температуре воздуха от –40 до +50 градусов.

По словам представителя разработчика, в настоящее время в зарубежных устройствах используется только один вид специально подготовленного топлива.

Кроме того, новинка российских специалистов будет обладать меньшим удельным весом и огромной энергоемкостью. Ее мощность составит 3 тыс. Вт·ч.

Устройство планируется применять в робототехнике, туризме, а также для обслуживания инфраструктурных объектов, в том числе на севере.

Российские ученые создали прототип чрезвычайно эффективного портативного генератора энергии, основанного на электрохимической реакции. По сравнению с аккумуляторной батареей, электрохимический генератор, вырабатывающий энергию из органического топлива (например, природного газа), обладает в десятки раз меньшим удельным весом и способен работать практически в любых климатических условиях. Устройство пригодится не только спецслужбам, робототехникам и полярникам, но и путешественникам, туристам, дачникам.

В рамках Национальной технологической инициативы (НТИ) разработан прототип революционного источника электроэнергии «Топаз», работающий благодаря так называемой электрохимической реакции. Подобно ТЭЦ, электричество в нем вырабатывается из углеводородного топлива (например, пропан-бутановой смеси), но топливо не сжигается, а превращается в электроэнергию напрямую, в результате химических процессов.

Соответственно, для такого источника не нужен промежуточный носитель (на ТЭЦ в этой роли выступает водяной пар, вращающий турбину), отсутствуют движущиеся части, а самое главное — электрохимический генератор обладает гигантской энергоемкостью, примерно в двадцать раз больше, чем у привычного литий-ионного аккумулятора.

Самый мощный аккумулятор сегодня способен дать около 200 ватт-часов на килограмм веса, «Топаз» же — 3 тыс. ватт-часов. Другое преимущество электрохимического генератора — возможность работать в экстремальных климатических условиях, при температуре от минус 40 до плюс 50 градусов. Вдобавок электрохимический генератор вместе с топливом может храниться неограниченно долгое время, тогда как аккумуляторные батареи во время хранения довольно быстро разряжаются.

— Проект базируется на оригинальной отечественной разработке — технологии микротрубчатых топливных элементов, которая позволила добиться рекордных результатов, — утверждает лидер рабочей группы НТИ «Энерджинет» Олег Гринько. — Нигде в мире пока нет прототипа электрохимического генератора с такими характеристиками, как «Топаз». В частности, генератор способен извлекать электроэнергию из широчайшего разнообразия веществ: пропан-бутан, метан, органические жидкости, тогда как зарубежные разработки способны, как правило, использовать только один вид специально подготовленного топлива.

Впрочем, по мнению руководителя проекта Алексея Кашина, основным топливом для «Топаза» в России, скорее всего, станет обычная пропан-бутановая смесь, которая используется для газовых горелок, продается везде и стоит недорого.

— Представьте: устройство размером с литровую бутылку надевается на такого же объема газовый баллончик и вырабатывает электроэнергию, которой хватит на неделю путешествия целой семье автотуристов, — говорит Алексей Кашин. — Они смогут прекрасно прожить это время без электросети: заряжать гаджеты, смотреть телевизор, освещать палатку.

Читать еще:  Необычные насадки на дрель – «сверчок», лобзик, «гибкое сверло»

Первые модели таких бытовых генераторов, по расчетам экономистов проекта, будут весить полтора-два килограмма и стоить около 150 тыс. рублей. По мере дальнейшего развития устройства его цена и вес должны существенно снизиться.

Но основной сферой применения электрохимического генератора всё же должен стать не туризм, а робототехника. Например, беспилотный летательный аппарат способен взять на борт весьма ограниченное количество груза. Сегодня львиную его долю составляет аккумулятор, позволяющий летать не больше 20–30 минут. С электрохимическим же генератором дрон сможет летать часами.

Другая важнейшая область применения — автономные устройства, предназначенные для обслуживания инфраструктурных объектов, особенно в условиях Севера.

— Создание технологии изготовления микротрубчатых топливных элементов — важнейшее достижение проекта, — считает заведующий комплексом лабораторий ионики твердого тела Института проблем химической физики РАН Юрий Добровольский. — Это пионерская работа, ребята во многом опередили зарубежные разработки в области электрохимической энергетики.

По мнению эксперта, такое достижение стало возможным благодаря тому, что научная школа и высококвалифицированные специалисты в этой области сохранились у нас со времен СССР, когда в стране уделялось повышенное внимание электрохимическим технологиям.

Новосибирские ученые создали уникальное оборудование для термоядерного реактора в США

Ученые Института ядерной физики Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН разработали уникальное оборудование для прототипа экологически чистого термоядерного реактора, проектируемого в США.

Работа проводилась в рамках многомиллионного контракта между сибирским институтом и американской компанией Tri Alphа Energy (TAE), сообщил ученый секретарь отделения РАН Алексей Васильев, отказавшись назвать полную стоимость поставки.

«Мы сотрудничаем много лет. Имеется серия контрактов. Мы продолжаем разработку оборудования для этой компании», — сказал он.

По данным официального издания СО РАН «Наука в Сибири», разработка ученых была успешно использована в экспериментах на плазменной установке С2-У компании TAE. В результате были получены впечатляющие результаты по удержанию плазмы с температурой в 10 млн градусов.

В ходе экспериментов плазма стабилизировалась ионами, создаваемыми в ней мощными пучками атомарного водорода. Их источниками стали уникальные генераторы, разработанные и изготовленные в ИЯФ СО РАН.

Важно, что разработка новосибирских физиков подтвердила отсутствие принципиальных ограничений по дальнейшему увеличению параметров генераторов пучков для перехода в стационарный режим работы, который требуется для термоядерного реактора.

Частная калифорнийская компания TAE разрабатывает собственный оригинальный тип установки для термоядерного синтеза, в которой для удержания плазмы вместо привычной системы токамак (тороидальная установка для магнитного удержания плазмы в виде кольца, именно она лежит в основе создаваемого экспериментального термоядерного реактора ИТЭР) используется конфигурация с обращенным магнитным полем.

Система, используемая TAE, позволяет совместить преимущества линейных магнитных ловушек и токамаков. Ожидается, что в этой конструкции удастся реализовать экологически чистую безнейтронную термоядерную реакцию синтеза ядра протона и изотопа бора с образованием трех альфа-частиц.

Сотрудничество ИЯФ СО РАН с TAE не ограничивается поставкой исследовательского оборудования по коммерческим контрактам. Институт является ведущим научным центром в области разработки линейных термоядерных систем, имеющих много общего с развиваемой ТАЕ концепцией.

Сотрудники ИЯФ СО РАН активно участвуют в экспериментах, проводимых на установке C2-У, а американские физики — в совместных работах на уникальном комплексе открытых магнитных ловушек в ИЯФ.

В России создали уникальный портативный электрогенератор

Российские ученые создали прототип первого в мире портативного источника электроэнергии. По своим характеристикам он будет значительно превосходить аккумуляторные батареи, сообщают «Известия».

Генератор под названием «Топаз» будет способен непрерывно вырабатывать электричество из различных веществ при температуре воздуха от –40 до +50 градусов. По словам представителя разработчика, в настоящее время в зарубежных устройствах используется только один вид специально подготовленного топлива.

Кроме того, новинка российских специалистов будет обладать меньшим удельным весом и огромной энергоемкостью. Ее мощность составит 3 тыс. Вт•ч.

Устройство планируется применять в робототехнике, туризме, а также для обслуживания инфраструктурных объектов, в том числе на севере.

Редакция «Брянских новостей» оставляет за собой право удалять комментарии, нарушающие законодательство РФ. Запрещены высказывания, содержащие разжигание этнической и религиозной вражды, призывы к насилию, призывы к свержению конституционного строя, оскорбления конкретных лиц или любых групп граждан. Также удаляются комментарии, которые не удовлетворяют общепринятым нормам морали, преследуют рекламные цели, провоцируют пользователей на неконструктивный диалог, не относятся к комментируемой информации, оскорбляют авторов комментируемого материала, содержат ненормативную лексику. Редакция не несёт ответственности за мнения, высказанные в комментариях читателей. Комментарии на сайте «Брянские новости» публикуются без премодерации.

31 октября 2020, Суббота, 21:51

Авиарейсы между Брянском и Москвой могут отменить

Авиационное сообщение между Брянском и Москвой могут отменить, сообщили в группе аэропорта в сети. Сейчас авиарейсы осуществляет компания «РусЛайн». Причиной таких опасений стало то, что на сайте перевозчика пропали соответствующие авиарейсы

31 октября 2020, Суббота, 18:58

Брянцев призвали собирать рябину и напомнили о народной мудрости

Брянцев призвали собирать горькую рябину, которая после первых заморозков становится сладкой. При этом, призывают на странице областного правительства в сети, нельзя забывать о птицах

31 октября 2020, Суббота, 17:23

Брянский губернатор выразил соболезнования родным погибшего врача Третьякова

Брянский губернатор Александр Богомаз и чиновники правительства выразили соболезнования родным погибшего в ДТП главврача Жуковской межрайонной больницы и депутата облдумы Николая Третьякова

31 октября 2020, Суббота, 16:39

Запланированный на 1 ноября авиарейс из Брянска в Казань отменили

Запланированный на 1 ноября авиарейс Брянск – Казань отменили по неизвестной причине. Также пока не доступны к покупке билеты на рейсы Москва – Брянск – Москва

31 октября 2020, Суббота, 15:12

На Брянщине в первый день ноября пройдут дожди и похолодает до 3 градусов

В Брянской области день первый день ноября будет прохладным и дождливым. Ночью столбик термометра может опуститься до трёх градусов тепла, днём воздух прогреется до одиннадцати градусов

Российские ученые рассчитали динамику плазменной кильватерной волны

Ученые из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН помогли интерпретировать результаты американского эксперимента по измерению долговременной динамики плазменной кильватерной волны. Российским физикам удалось рассчитать ее на времени до 1500 пикосекунд, что в 40 раз дольше других исследовательских групп. Оказалось, что более 80% начальной энергии волны остается в плазме и переходит в энергию ее разлета, что делает перспективы кильватерных ускорителей менее оптимистичными. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Дороговизна и сложность классических ускорителей элементарных частиц заставляет ученых искать альтернативные методы. Одним из них является плазменное кильватерное ускорение. Этот метод основан на использовании пучка, проходящего через плазму. В результате этого образуется волна, которая разгоняет летящие следом электроны. Этот процесс можно сравнить с волнами на воде, которые остаются за кормой идущего судна. Именно из такого сравнения метод и получил свое название.

В американской ускорительной лаборатории SLAC недавно впервые была измерена долговременная динамика плазменной кильватерной волны. В ходе исследования ученые направили в камеру с газом электронный пучок. Его поле было настолько сильное, что разрывало связи между электронами и ионами атомов газа. В результате образовывалась плазма. «Главной целью эксперимента было наблюдение эволюции плазмы на больших временных интервалах. Также физики пытались установить, каким образом энергия волны перераспределится после ее затухания в плазме и как она покинет камеру. Это нужно для ответа на важный технический вопрос: с какой частотой может работать кильватерный ускоритель, ведь между выстрелами вся энергия предыдущей волны должна быть удалена из камеры. В камеру специальным образом посылали лазерное излучение так, что плазменный канал оказывался для него непрозрачен, что давало темное пятно на изображениях. По размерам и скорости роста пятна можно судить, сколько энергии остается в плазме и как быстро она достигнет стенок камеры», — пояснил один из авторов работы, аспирант НГУ Вадим Худяков.

«Темное пятно на экране расширялось намного быстрее, чем можно было ожидать из сколько-нибудь разумных соображений. Оказалось, что за быстрым ростом пятна стоит много новых эффектов, о которых раньше никто не подозревал. Для объяснения эксперимента объединили свои усилия две ведущих вычислительных команды: теоретики из Лиссабонского университета (Португалия) с кодом OSIRIS и мы c программой LCODE. У них была возможность рассчитать, что происходит в плазме на начальных временах (до 40 пикосекунд). Мы же рассчитали динамику до 1500 пикосекунд — в 40 раз дальше португальцев и всего мира — и в итоге добились количественного согласия с экспериментом», — рассказал доктор физико-математических наук, профессор НГУ, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН Константин Лотов.

Плазма имеет гораздо большее давление, чем окружающий газ. Из-за этого она неизбежно начинает разлетаться к стенкам. Однако естественная оценка скорости такого разлета не соответствовала наблюдаемой, и количества этой плазмы не хватило бы для пятна такого размера. Поэтому стало очевидно, по словам ученых, что возникает большое количество новой плазмы, то есть происходит дальнейшая ионизация газа.

«Как только была высказана идея об ионизации газа разлетающейся плазмой, возникла необходимость учесть это в LCODE. Но ионизация — сложный процесс, который может проходить разными способами. Моей задачей и было составить правильную физическую модель и учесть все эти способы, а потом реализовать в программе LCODE. В итоге нам удалось достигнуть количественного согласия роста пятна в эксперименте и в нашем моделировании. Эксперимент ввиду технической сложности дает гораздо меньше информации, чем моделирование, но, когда получено согласие, можно доверять той дополнительной информации и ответить на интересующие вопросы. В моделировании мы выяснили, что в самом начале волна выбрасывает часть электронов из плазмы, и в этом случае плазма расширяется не из-за собственного давления, а из-за того, что становится заряженной. Скорость такого разлета оказывается гораздо выше, а совместное действие разных способов ионизации объясняет появление новой плазмы. Главным результатом оказалось то, что более 80% начальной энергии волны остается в плазме и переходит в энергию этого разлета. Это делает оценки возможной частоты выстрелов менее оптимистичными, чем считалось ранее», — отметил Худяков. Авторы отмечают, что в моделировании также было замечено много необычных эффектов, объяснением которых они планируют заниматься в будущем.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×