Успех физиков из Южной Кореи и реальные перспективы термоядерного синтеза

Успех физиков из Южной Кореи и реальные перспективы термоядерного синтеза

 Автор: профессор Владимир Высоцкий, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой математики и теоретической радиофизики Киевского национального университета имени Т. Шевченко. 

На прошлой неделе информационные агенства многих стран сообщили об успехе южнокорейских физиков, которые в Дайджоне на реакторе KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research) получили «один из мировых рекордов удержания плазмы» — удерживали плазму, разогретую до 50 млн. градусов в течение 70 сек индукционным методом, т.е. за счет тока, наводимого в плазменном шнуре.

Этот реактор был построен в 2007 году и как все токамаки имеет форму тора («бублика») с внешним радиусом 1,8 метра. Эксперименты по удержанию плазмы начались в 2011 г. Максимальная индукция магнитного поля в центре плазменного шнура — 3,5 тесла, максимальный ток в плазме — 2 мегаампер. Главная «изюминка» — полностью сверхпроводящая магнитная система, увеличивающая габариты установки до 8,6 метра в высоту и 8,8 метра в диаметре. Сверхпроводящие магниты, которые размещены на внутренней стенке тора, создают управляющее поле «Н-моду», которое должно препятствовать развитию разных типов плазменных нестабильностей, охлаждаются до температуры жидкого гелия -2690С и это позволяет резко снизить тепловые потери в обмотках этих электромагнитов. По этим параметрам KSTAR входит в десятку крупнейших в мире токамаков.

Сразу отметим, что по параметрам формируемой плазмы результат KSTAR действительно один из лучших в мире и южнокорейских физиков можно поздравить с  успехом.

Справедливости ради следует отметить, что они не являются абсолютными лидерами, т.к. их основные конкуренты (китайские ученые из института физики плазмы АН КНР) на установке EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) добились не менее впечатляющих результатов, удержав плазму при температуре 50 млн град. в течение 60 сек (по некоторым сообщениям — 100 сек),  но в режиме нагрева внешним инжектором, что потенциально позволяет удерживать плазму намного дольше, чем при индукционном нагреве, используемом в KSTAR.

Еще одна существенная деталь – в токамаке KSTAR плазма состояла не из наиболее оптимальной смеси дейтерия и трития, а из водорода и дейтерия, что удобно для экспериментов (тритий — радиоактивный газ), но никак не подходит для термоядерных реакций.

В заключение можно сделать несколько замечаний как относительно перспективности систем типа токамак, так и относительно метода решения проблемы энергетики за счет термоядерного синтеза.

Есть все основания утверждать, что оптимизм в отношении этой проблемы за последние десятилетия почти исчез, а ее реальная перспектива после 60 лет крайне дорогостоящих исследований становится все более туманной. Характерным примером является знаменитый токамак ITER, который строится с 2006 года во Франции. Начальная стоимость проекта ITER  была 5 млрд евро, плазму на нем планировали зажечь в 2016 году, а положительный выход энергии получить в 2027 г. Сейчас стоимость превышает 21 млрд евро, технологический пуск сдвигается на начало или средину 20-х годов, а выход на штатный режим  — на 2037 год.

Сложно прогнозировать, какая будет его стоимость к этому времени, но по тенденции очевидно, что она будет больше 30 млрд евро. Отметим, что тепловая мощность ITER ожидается на уровне 500 МВт  при мощности , вводимой в плазму, 50 МВт, что соответствует расчетному коэффициенту эффективности к=10.

Следует прокомментировать эти цифры. Из этих данных видно, что стоимость удельных затрат на создание единицы производства тепловой мощности в этой системе в 30 раз больше, чем при строительстве серийной АЭС! Кроме того, если блок АЭС рассчитан на работу в течение 30 лет (а реально такие блоки работают по 40-50 лет), то система токамак из-за воздействия высокотемпературной плазмы и сверхсильного потока нейтронов на электромагниты и стенки камеры  не сможет работать больше 5 лет.

Но и это не самое главное. Дело в том, что распространенный миф о высокой эффективности термоядерных систем основывается на некотором передергивании фактов – оценка эффективности проводится только по сопоставлению энергии, выделяемой при реакциях синтеза, и прямых затрат на нагрев и удержание плазмы.  Однако следует учесть, что последняя величина рассчитывается на основе учета электроэнергии, необходимой для этих затрат.

С другой стороны, такую энергию нужно где-то взять. Для атомной энергетики коэффициент преобразовании тепла в электричество можно легко определить, сопоставив тепловую мощность 3200 МВт типичного реактора ВВЭР-1000 с мощностью вырабатываемой на нем электроэнергии 1000 МВт, что приводит к величине 0.31 и ведет, в идеальном случае полного отсутствия других источников потерь, к электрической мощности ITER на уровне 150 МВт, т.е. к итоговому предельному коэффициенту эффективности к=3.5. Кроме того, необходимо участь достаточно низкую эффективность преобразования исходной электроэнергии на входе в генерируемую в плазме исходную мощность 50 МВт при использовании неиндукционных источников нагрева типа генераторв СВЧ и др., а также учесть очень большие дополнительные затраты на функционирование систем криогенного охлаждения сверхпроводящих электромагнитов, находящихся в непосредственной близости от сверхгорячего плазменного шнура. В этих системах полная эффективность также не превышает 30%, что, в итоге, снижает интегральный коэффициент эффективности ITER  до банальной и бессмысленной величины к=1.

Напомним, что реактор ITER считается наиболее эффективной системой (у остальных токамаков эффективность априори еще ниже).

Автор:

(Всего статей: 16795)

РедакцияСвязаться с автором

Если вы нашли в статье ошибку, выделите ее,
нажмите Ctrl+Enter и предложите исправление

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

Дискуссия

Архивы

РЕКЛАМА

Использование материалов «http://oilreview.kiev.ua» разрешается при условии ссылки на «Терминал».

Для интернет-изданий обязательна прямая, открытая для поисковых систем, гиперссылка в первом абзаце на конкретный материал.


Please leave this field empty.

Ваши Имя Фамилия (обязательно):

Ваш контактный телефон:

Ваш E-Mail (обязательно):

Ваше сообщение:

Исправить это! :)

Ошибка:

Как правильно: