» » Самый мощный магнит в мире начинает путешествие в самое сердце гигантского термоядерного эксперимента

Самый мощный магнит в мире начинает путешествие в самое сердце гигантского термоядерного эксперимента

18


Перевод и редактирование: http:///



[img]https://cdn-mos-cms-futurecdn-net.translate.goog/ztW5H6svQmuH7WoetE4Bra-320-80.jpg.webp?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_pto=ajax,se[/img]
Первый модуль центрального соленоида, представленный на заводе General Atomics в Сан-Диего. (Изображение предоставлено ИТЭР)

Инженеры из США готовятся отправить первую часть самого мощного магнита в мире во Францию, где он поможет привести в действие современный термоядерный реактор.


Магнит, известный как центральный соленоид, составит сердце крупнейшего в мире термоядерного реактора ITER, что на латыни означает «путь». В этом международном эксперименте участвуют 35 стран, и его цель - доказать возможность устойчивого ядерного синтеза для получения энергии. В ядерном синтезе более мелкие атомы сливаются, чтобы создать более крупные - реакция, которая высвобождает огромное количество энергии.


В полностью собранном виде центральный соленоид будет иметь высоту 59 футов (18 метров) и ширину 14 футов (4,3 м) и будет способен создавать магнитное поле величиной 13 тесла, что примерно в 280000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. он достаточно силен, чтобы поднять целый авианосец, который весит около 100 000 тонн (90 700 метрических тонн).


Центральный соленоид


Центральный соленоид состоит из шести отдельных модулей, которые будут размещены в центре реактора ИТЭР. Весь магнит будет высотой с четырехэтажное здание и весит 1000 тонн (907 метрических тонн).

Каждый отдельный модуль, по существу , большая катушка , содержащая около 3,5 мили (5,6 км) стальной оболочкой ниобия - олово сверхпроводящего кабеля. Затем модуль подвергается термообработке в большой печи в течение нескольких недель для дальнейшего повышения его проводимости, после чего кабели изолируются, а катушка оборачивается для придания окончательной формы.


Согласно закону индукции Фарадея , электричество, проходящее через провод, создает магнитное поле, перпендикулярное проводу. Когда этот провод свернут в круг, электрический ток создает круговое магнитное поле, и каждая катушка усиливает напряженность магнитного поля. Таким образом, соленоид создается путем многократной намотки проволоки. Самая простая версия соленоида - это классический эксперимент в классе, в котором ученики оборачивают проволоку вокруг гвоздя и прикрепляют ее к батарее. Когда аккумулятор включен, катушка может захватывать канцелярские скрепки.


Однако размер и сверхпроводящий характер центрального соленоида означает, что через него может проходить гораздо больше электрического тока, что позволяет ему создавать более сильное магнитное поле, чем что-либо из когда-либо построенных.



Сердце ИТЭР


Центральный соленоид - это «бьющееся сердце» реактора ИТЭР, потому что он позволит ученым управлять обычно нестабильными реагентами ядерного синтеза.

ИТЭР предназначен для высвобождения небольшого количества испаренных дейтерия и трития, которые являются изотопами водорода — или версиями одного и того же элемента с различными атомными массами — в большую вакуумную камеру в форме пончика, известную как токамак. Токамак перегревает эти изотопы, лишая атомы электронов и превращая газ в плазму. Эта сверхгорячая плазма достигнет 270 миллионов градусов по Фаренгейту (150 миллионов градусов Цельсия), или в 10 раз горячее, чем ядро Солнца. При этой температуре атомы подвергаются слиянию, выделяя большое количество энергии, которая может быть использована для создания электричества путем нагрева воды и создания пара для вращения турбин.


Самый мощный магнит в мире начинает путешествие в самое сердце гигантского термоядерного эксперимента

Схема реактора токамака ITER с центральным соленоидом в центре и плазмой внутри камеры. (Кредит изображения: ITER)

Ядерный синтез уже был достигнут в нескольких реакторах токамака еще в 1950-х годах, но он длился всего несколько секунд за раз. Для того чтобы ядерный синтез стал жизнеспособным вариантом получения электроэнергии, эта реакция должна поддерживаться с постоянной скоростью и требовать меньше энергии для производства, чем она генерирует.

Одним из самых больших препятствий на пути устойчивого термоядерного синтеза является сдерживание и манипулирование обжигающей плазмой внутри реакторов.

Именно здесь в игру вступает центральный соленоид. Теоретически, мощное магнитное поле, которое он создает, будет удерживать плазму на месте внутри токамака и поддерживать реакцию, сказал Смит.
На ходу

Первый центральный электромагнитный модуль, строительство которого заняло более пяти лет, наконец-то готов к транспортировке на площадку ИТЭР во Франции.

Инженеры строят и транспортируют каждый модуль по отдельности, потому что полный магнит будет слишком большим, чтобы безопасно транспортировать его, сказал Смит. Модули также строятся отдельно на случай, если потребуется заменить один из них, добавил он.

Путешествие модуля начнется по дороге. Он будет перемещен с базы General Atomics в Сан-Диего в порт в Хьюстоне с помощью массивного 24-осного трактора. Оттуда магнит-монстр будет отправлен в начале июля в Марсель, Франция, и прибудет туда к концу августа, прежде чем снова будет доставлен автомобильным транспортом на объект ИТЭР.

Первый модуль центрального соленоида (справа) готовится к транспортировке производственной группой Общая атомика.



Первый модуль центрального соленоида (справа) готовится к транспортировке с командой по изготовлению General Atomics. (Фото: General Atomics)

Остальные пять модулей и дополнительный резервный модуль будут следовать по тому же маршруту, когда они будут завершены в ближайшие несколько лет, сказал Смит.
Международное сотрудничество

Каждая из 35 стран — участниц, включая весь Европейский союз, а также Великобританию, Швейцарию, Китай, Индию, Японию, Корею, Россию и США, внесла свой вклад в проект, разработав и произведя некоторые из более чем 1 миллиона отдельных компонентов реактора.

Центральный соленоид является крупнейшим из нескольких вкладов США, которые, по словам инженеров, составляют около 9% от общей стоимости ИТЭР. По словам Смита, General Atomics разрабатывает дополнительные технологии и компоненты для помощи в манипулировании плазмой, а другие американские компании и университеты предоставляют системы охлаждения и выхлопа, диагностику, контрольно-измерительные приборы и средства управления.

Несмотря на влияние пандемии COVID-19 на такие крупные проекты, строительство ИТЭР по-прежнему находится на пути к завершению к 2025 году и в настоящее время завершено примерно на 75%. По словам Смита, полномасштабные термоядерные реакции произойдут не раньше 2035 года.
Почему слияние так важно?

Устойчивый ядерный синтез может открыть двери для неограниченного использования возобновляемых источников энергии, что сократит выбросы углекислого газа, создаваемые сжиганием ископаемого топлива, которое способствует изменению климата.

"Термоядерный синтез-один из немногих потенциальных вариантов крупномасштабного производства энергии без углерода",-сказал Смит. "Он предлагает безопасный, чистый, всегда работающий ресурс, который не производит выбросов или долгоживущих отходов."

Чтобы остановить — или даже замедлить — потепление планеты, ветровые, солнечные, приливные и другие системы возобновляемых источников энергии должны быть массово расширены задолго до того, как ИТЭР сплавит свои первые атомы. Но из-за изменчивости их выработки энергии (например, ветряные турбины работают только тогда, когда дует ветер) нам все равно придется полагаться на ископаемое топливо, чтобы обеспечить надежную подачу электроэнергии в электросеть, сказал Смит.

Поэтому жизненно важно, чтобы устойчивый ядерный синтез был достигнут как можно быстрее и чтобы технология была воспроизведена во всем мире.

«ИТЭР - важный шаг в этом направлении, который продемонстрирует физику и технологии на пути к термоядерным электростанциям», - сказал Смит.


Live Science.

новости | Ошибка? Четверг,12:00 0 Просмотров:49
Другие новости по теме:
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.