Российские физики разрабатывают ключевые технологии для будущей термоядерной энергетики. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН создан и испытан прототип инжектора высокоэнергетических частиц, необходимого для нагрева и диагностики плазмы в перспективных токамаках.
Устройство генерирует пучок отрицательных ионов водорода с энергией 400 кэВ и током свыше 1 А. В отличие от большинства зарубежных аналогов, российская конструкция имеет уникальную особенность: ионный источник отделён от ускорителя специальной переходной зоной. Это позволяет эффективно очищать пучок от паразитных частиц и значительно повышает надёжность и высоковольтную прочность всей системы.
Разработка ведётся в рамках проекта по созданию нового российского токамака с реакторными технологиями (ТРТ). Для этой установки потребуются инжекторы, способные создавать пучки атомов дейтерия мощностью более 20 мегаватт в продолжительных импульсах. Отработанные в прототипе технические решения — включая систему охлаждения электродов и метод распределённой подачи цезия — станут основой для создания этих мощных систем.
Полученные результаты подтверждают эффективность выбранного подхода и укрепляют позиции российских учёных в глобальных исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, отметили в ИЯФ.
Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь
Российские учёные создали прототип мощного гиротрона для нагрева плазмы в термоядерных реакторах. Разработка Института прикладной физики РАН и АО НПП «Гиком» представляет собой источник миллиметрового излучения частотой 230 ГГц.
Прибор предназначен для электронно-циклотронного нагрева плазмы в перспективном российском токамаке ТРТ. Эта установка отличается компактностью и рекордным магнитным полем в 8 Тл, что потребовало создать источник излучения с повышенной частотой.
Ключевой особенностью гиротрона стала уникальная конструкция с встроенным квазиоптическим преобразователем, имеющим два выходных окна. Такое решение не только повышает мощность, но и позволит в будущем синхронизировать частоту прибора с внешним управляющим сигналом.
В ходе испытаний 2025 года устройство в импульсном режиме продемонстрировало мощность 1 МВт с КПД 29%. Теоретические расчёты показывают, что с применением системы рекуперации энергии показатель эффективности можно увеличить до 45–50%, уточнили в ИПФ РАН.
На 2026 год запланирован следующий этап — создание промышленного образца для проведения экспериментов с длительными импульсами работы до нескольких десятков секунд. Эта разработка соответствует мировому уровню технологий для термоядерных исследований.
Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь
Большинство термоядерных проектов рассчитаны на удачу будущие научные прорывы. Но Helios можно построить на базе уже существующих технологий, заводов и электростанций. Вместо классического токамака выбран стелларатор. Это установка, где плазму удерживают магнитные поля без сильных электрических токов внутри самой плазмы. Такой подход более устойчив, но раньше считался слишком сложным и дорогим. Thea Energy упростила конструкцию: 336 магнитов плюс умное управление. Фактически форму магнитного поля «дорисовывает» софт, а не металл.
Ключевая роль здесь у программного обеспечения и ИИ. Система умеет компенсировать ошибки в установке магнитов и даже дефекты материалов, удерживая плазму стабильной. По расчетам инженеров компании, такая станция сможет работать почти круглый год, с коэффициентом использования мощности, как у классических АЭС.
В итоге Helios задуман как термоядерная станция с высокой надежностью редкими остановками на обслуживание и понятной экономикой. Если демонстрационный проект подтвердит расчеты, термояд может впервые приблизиться к статусу обычного источника электроэнергии, а не вечного эксперимента.
Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
В сферическом токамаке ST40 учёные наблюдают поведение плазмы во время термоядерного синтеза, фиксируя видимое излучение зелёного и красного света. Мощные магниты формируют и нагревают плазменные облака с помощью внешних источников. Основная проблема — затраты на магниты и нагрев часто превышают вырабатываемую энергию, но исследователи приближаются к устойчивым реакциям с положительным энергетическим балансом.
Термоядерный синтез безопасен: при отключении магнитов и нагрева реакция быстро прекращается. Она может повредить стенки камеры, но остывает мгновенно, исключая катастрофу. Процесс происходит в вакуумных условиях, поэтому в случае аварии утечка минимальна — весь воздух из зала втянется в камеру. Вероятность взрыва близка к нулю.
Это предсказанные движения сотен частиц в термоядерном реакторе.
Представь, что у нас есть почти бесконечный источник энергии. Чистый. Без выбросов. И такой мощный, что может обеспечить весь мир электричеством на века.
Это — термоядерная энергия. Но вот уже 70 лет учёные решают задачу — как удержать раскалённую плазму, чтобы она не сбежала из реактора. Теперь им это удалось.
Американские физики придумали новый метод, который помогает строить реакторы в 10 раз быстрее, чем раньше. Они больше не тратят кучу времени и ресурсов на сложные расчёты — вместо этого используют теорию симметрии (да-да, как в математике или зеркалах 👀).
Что это значит:
Энергия, как у звёзд, становится ближе к реальности. Реакторы, которые раньше проектировали годами, можно собирать куда быстрее. И скоро мы получим ток прямо из космоса. Ученые придумали, как ловить «альфа-частицы», которые раньше ускользали и разрушали всё.
Этот прорыв поможет не только в одном виде реактора (стеллараторах), но и в токамаках — ещё одном популярном типе термоядерных установок.
Больше информации про энергию и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
Как дополнение к этой новости, для лучшего понимания роли России в сложнейшем проекте человечества ITER, да и вообще о реальном весе России в мировой науке, для понимания тех потрясающих технологий, которыми обладает наша страна, хочу напомнить мою статью 2020 года об участии России в проекте ITER и о технологии термоядерного синтеза в целом.
Когда кто-то (включая и меня) хочет рассказать о высоких технологиях, которыми обладает Россия, то обычно приводит в пример технологии мирного атома и корпорацию Росатом.
Чаще всего говорят о строительстве АЭС по всему миру, иногда приводят в пример производство ядерного топлива – что, конечно, тоже относится к высоким технологиям. Иногда затрагивают тему уникальных российских реакторов на быстрых нейтронах, работающих на Белоярской АЭС – такого вообще нигде в мире нет.
Но на самом деле тема атома куда шире и не ограничивается лишь тепловыми и быстрыми реакторами, а также топливом для них. Сфера атомных технологий – это не просто энергетика, это целый клубок технологий и науки, в котором даже не всегда понятно, где заканчивается теория и начинается ее практическое применение.
Это то место, где прошлое, настоящее, будущее, «
если» и «может быть» сходятся вместе и перемешиваются – к/ф «Трасса 60»
Вот эта цитата из моего любимого фильма как нельзя лучше подходит для описания того, что такое атомные технологии.
Вот, например, взять термоядерный синтез (ТС). Что это? Наука? Конечно, наука, причем уровня Megascience! Россия – ключевой участник международного проекта ИТЭР по созданию прототипа промышленного термоядерного реактора. Но и на своей территории у нас активно изучают ТС. Например, этой проблемой занимаются в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера.
Только представьте, сколько сложнейших инженерных задач пришлось решить ученым при проектировании термоядерных установок. Каждая из них – это шедевр инженерного искусства, то самое сплетение науки и технологий. Само по себе решение инженерных задач двигает науку вперед – исследования в области сверхпроводников, материаловедение, изучение элементарных частиц, полей, газодинамику и многие другие направления.
Термоядерный синтез – это процесс, при котором ядра легких атомов сливаются друг с другом, образуя более тяжелые атомы. Он сопровождается выделением большого количества энергии.
Такие же процессы происходят в звездах, включая наше Солнце. Там водород превращается в гелий с выделением громадного количества энергии. Задача ученых и инженеров – повторить это на Земле.
Но есть одна проблема. Атомы сливаются с выделением энергии благодаря фундаментальной силе, которую называют сильным ядерным взаимодействием (СЯВ). У него очень короткий радиус действия, поэтому атомы нужно буквально столкнуть друг с другом, а этому мешает другая фундаментальная сила – электромагнетизм, которая отталкивает ядра.
Расстояние, на которое нужно сблизить ядра, чтобы они стали притягиваться под действием СЯВ, называют Кулоновским барьером.
Чтобы ядра его преодолели, нужно много энергии: вещество (например, дейтерий и тритий) надо нагреть до температуры, превышающей 100 млн градусов. Но тут мы и сталкиваемся с проблемой. Нагреть несложно, например, с помощью лазера, но где удержать плазму с такой высокой температурой? Нужен «сосуд», в котором вещество могло бы находиться до начала термоядерной реакции.
Из чего же его сделать, ведь самые тугоплавкие вещества выдерживают температуру всего около 3500 °C? Этого, мягко говоря, маловато.
Остается лишь один способ – удерживать плазму в электромагнитном поле. И вот тут начинается самое сложное. Разогретая до десятков миллионов градусов плазма очень нестабильна и текуча. Поэтому удерживать ее с помощью электромагнитного поля долго в стабильном состоянии не получается.
Для решения задачи удержания плазмы создали специальные магнитные ловушки, одна из самых известных концепций – токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). Международный проект ИТЭР как раз и базируется на ней.
Токамак – это замкнутая ловушка, то есть плазма удерживается внутри установки. Эту идею предложили советские ученые еще в 1950 году, и уже в 1958 году построили первую в мире экспериментальную термоядерную установку – «Токамак Т1». Но все оказалось сложнее, чем думали изначально.
Плазму удержать очень сложно, потому установки становились сложнее и сложнее – сегодня трудно представить устройство более сложное, чем токамак. Например, строящаяся установка ИТЭР состоит из более чем миллиона компонентов.
Разрез токамака ИТЕР
Но Россия развивает не только концепцию токамака. Есть и другие концепции, например, идея электромагнитных ловушек – установки открытого типа, над которыми активно работают в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера. Смысл такой: что если мы не будем пытаться удержать плазму в неподвижном состоянии? Пусть она течет, но в строго заданном направлении, а задача будет сводиться лишь к тому, чтобы минимизировать утечки.
Установки открытого типа представляют собой, грубо говоря, трубу из магнитов, в центре которой, не касаясь стенок, течет плазма. Концепцию открытой магнитной ловушки предложили в 1953 году независимо друг от друга два ученых: Г. И. Будкер из СССР и Р. Пост из Соединенных Штатов Америки. Через шесть лет С.Н. Родионов, сотрудник новосибирского Института ядерной физики СО АН СССР, экспериментально подтвердил работоспособность идеи.
В России работы по этому направлению продолжаются. На фото – экспериментальная установка СМОЛА (Спиральная магнитная открытая ловушка), созданная в ИЯФ и запущенная в 2017 году.
Установка использует новую концепцию – магнитное поле с винтовой симметрией позволит управлять вращением для подавления продольных потерь плазмы из открытой ловушки. Правда, как и в случае с Токамаком, идея оказалась проще, чем ее реализация. Ученые столкнулись со множеством проблем, о которых изначально не подозревали. Их постепенно решали, затем появлялись новые, и этот процесс борьбы человека с природой продолжается до сих пор.
Но эта борьба и называется наукой! Просто в случае с проблемой термоядерного синтеза уровень сложности решаемой задачи запредельный, ничего подобного человечество еще не делало в своей истории.
Россия же идет в авангарде мировой научной и инженерной мысли, помогая человечеству решить эту глобальную задачу. Содержания изотопа водорода дейтерия, основного топлива для ТС, в океанах хватит на 150 миллионов лет потребления цивилизацией. Представьте только: 86 грамм смеси дейтерия и трития могут выделить количество энергии, эквивалентное сгоранию 1000 тонн угля. Поэтому очевидно, что решение задачи ТС даст человечеству неисчерпаемый источник энергии. Это будет настоящий прорыв для цивилизации, выход на новый уровень развития.
И Россия совершенно точно уже внесла и еще внесет в решение этой задачи свой большой и неоценимый вклад.
Физики из французского центра по исследованиям и разработкам в области энергетики CEA Cadrache установили новый рекорд по продолжительности удержания плазмы на токамаке WEST, который составил 1337 секунд.
Токамак WEST достиг нового технологического рубежа в области термоядерного синтеза, поддерживая водородную плазму на протяжении более 20 минут при тепловой мощности в два мегаватта.
Данное достижение превзошло предыдущий рекорд в 1066 секунд, установленный в январе этого года на китайском экспериментальном токамаке EAST.
Теперь, когда рекорд продолжительности удержания плазмы на токамаке WEST установлен, давайте немного поговорим о значении этого достижения для термоядерного синтеза и, конечно же, о том, что такое токамак.
Токамак — это устройство, предназначенное для удержания горячей плазмы, необходимой для термоядерного синтеза. Это процесс, который, если будет успешно реализован, может стать практически безистощимым источником энергии, имитируя процессы, происходящие в сердце солнца. Таким образом, достижения в данной области могут привести к революции в энергетическом секторе, и, возможно, к тому, что нас больше не будут беспокоить высокие счета за электроэнергию!
Теперь о новом рекорде: 1337 секунд удержания плазмы на WEST — это не просто набор цифр. Это символ прогресса. Исследователи на CEA Cadrache не только побили предыдущий рекорд, но и продемонстрировали, что вполне возможно поддерживать стабильную плазму в течение продолжительного времени при значительной тепловой мощности. Таким образом, мы все ближе к тому, чтобы сделать термоядерный синтез не только осязаемым, но и практически применимым в будущем.
Другими словами, у нас есть прекрасные новости: возможно, впереди нас ожидает эра чистой и практически бесконечной энергии! Этот прорыв не просто закрепляет статус токамака WEST как одного из ведущих устройств в области термоядерного синтеза; он также вдохновляет ученых и исследователей по всему миру продолжать свои усилия в этой важнейшей области.
Таким образом, впереди множество увлекательных исследований и открытий, и мы можем только надеяться, что вскоре термоядерный синтез превратится из научной фантастики в реальность. А пока мы можем с удовлетворением наблюдать за развитием технологий и прогрессом в этой захватывающей области!
