Стелларатор – все о космосе

Stellarium 0.10.6

   Программа Stellarium является настольным планетарием, который в реальном времени показывает реалистичное 3D-изображение звёздного неба. Программа воспроизводит картины, которые мы можем увидеть невооруженным глазом, а также в объектив бинокля или небольшого телескопа.

Приложение является великолепным учебным пособием и настоятельно рекомендуется родителям, желающим познакомить своих детей с основами астрономии, и всем, кто любит смотреть на звёздное небо. Простой и удобный интерфейс сможет без особых усилий освоить даже ребенок.

    Stellarium обеспечивает визуализацию более 120 000 звёзд, зарегистрированных в каталоге Hipparcos, а также других объектов открытого космоса по каталогу Messier.

Среди наиболее интересных возможностей продукта — функция управления временем, генерирование расположения звёзд, наблюдаемого из любой точки земного шара, фотореалистичные ландшафты, имитация атмосферных оптических явлений, отображение сеток координат, добавление подписей для всех объектов, поиск объектов, воспроизведение орбит и траекторий движения планет и выделение созвездий соединительными линиями. Имеется ночной режим показа, отображение границ созвездий, можно выбрать “домашнюю” планету.

Операционная система: Windows® 2000/XP/Vista/7
Язык интерфейса: мульти (Русский)
Год выпуска: 2010
Размер: 43.5 MB
Лекарство: не требуется

в версии 0.10.6:

– небосвод; – стандартный каталог с более чем 600 000 звёзд; – дополнительные каталоги с более чем 210 миллионами звёзд; – звёздные скопления и изображения созвездий; – созвездия 13 мировых культур; – изображения туманностей (полный каталог Мессье); – реалистичный Млечный Путь; – реалистичная атмосфера, закаты и рассветы; – планеты и их спутники;  – мощное масштабирование; – контроль хода времени; – многоязычный интерфейс; – проекция “рыбий глаз” для проецирования изображения на купол планетария; – сферическая зеркальная проекция для Вашего личного низкобюджетного купола; – новый графический интерфейс и развитая система управления с клавиатуры; – управление телескопом; – отображение; – экваториальная и азимутальная сетки;- мерцание звёзд; – метеоры; – симуляция затмений; – ландшафты с поддержкой скинов, теперь со сферической панорамной проекцией; – настраиваемость и расширение; – система плагинов добавляет показ искусственных спутников, симуляцию окуляра, управление телескопом и много другое; – возможность добавления новых объектов солнечной системы из интернета;

– добавление собственных космических объектов, ландшафтов, изображений созвездий, сценариев.

Источник: https://kosmos-x.net.ru/load/stellarium_0_10_5/2-1-0-132

Создан самый большой в мире термоядерный стелларатор

Создан самый большой в мире термоядерный стелларатор

В Германии состоялась торжественная церемония открытия экспериментального термоядерного реактора типа стелларатор Wendelstein 7-X, строительство которого началось в 2005 году. Стоимость данного проекта составила более миллиарда евро.

Одна из основных целей проекта заключается в проверке на эффективность стеллараторов – тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Это замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы.

Реактор Wendelstein 7-X представляет собой 70 сверхпроводящих катушек, вес которых в общей сложности составляет более 725 тонн.

Они будут создавать магнитное поле, достаточное, чтобы удержать плазму с температурой в 100 миллионов градусов Цельсия. В Институте плазменной физики им.

Макса Планка, который работал над созданием Wendelstein 7-X, планируют уже в следующем году получить первую плазму.

Авторы данного проекта надеются на реакторе поставить новый рекорд по удержанию плазмы – 30 минут (нынешний для токамаков составляет 30 секунд). При успешных результатах эксперимента планируется построить стелларатор, на котором удастся организовать коммерчески выгодное производство электроэнергии.

Сегодня внимание ученых приковано больше всего к двум типам термоядерных реакторов. Это изобретенный в СССР токамак и американский стелларатор.

Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза.

 Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру, а специально создаваемым комбинированным магнитным полем тороидальным внешним и полоидальным полем тока, протекающего по плазменному шнуру.

По сравнению с другими установками, использующими магнитное поле для удержания плазмы, применение электрического тока является главной особенностью токамака.

Ток в плазме обеспечивает разогрев плазмы и удержание равновесия плазменного шнура в вакуумной камере.

Этим токамак, в частности, отличается от стелларатора, являющегося одной из альтернативных схем удержания, в котором и тороидальное, и полоидальное поля создаются с помощью внешних магнитных катушек.

Строительство первых экспериментальных термоядерных реакторов началось еще в 1950-х годах, однако эксперты считают, что в ближайшие 50 лет вряд ли с их помощью будет возможно начать промышленное производство электроэнергии.

Источник: https://naked-science.ru/article/sci/wendelstein-7x-in-greifswald-began-its-work

Германский термоядерный стелларатор получил первую плазму

Первая плазма в Wendelstein 7-X Max-Planck-Geselschaft

В Германии успешно запустили термоядерный реактор Wendelstein 7-X (W7-X) – в первый день запуска ученые Института физики плазмы имени Макса Планка в городе Грайфсвальд получили гелиевую плазму. Wendelstein 7-X – крупнейший в мире термоядерный реактор типа стелларатор, и получение тестовой плазмы должно подтвердить возможность использования стеллараторов в качестве промышленных термоядерных реакторов.

По мнению Ганса-Стефана Боша (Hans-Stephan Bosch), ученого, чье подразделение ответственно за запуск стелларатора, испытания прошли согласно плану. При помощи микроволнового импульса мощностью 1,8 киловатт физики нагрели один миллиграмм газообразного гелия до температуры приблизительно один миллион градусов Цельсия – после чего удержали полученную плазму в равновесии в течение 0,1 секунды.

Выбор гелия для начала запуска обусловлен его относительной по сравнению с водородом легкостью перевода в состояние плазмы. На конец января 2016 года (вторая фаза) намечены испытания с водородной плазмой.

После успешного завершения второго этапа экспериментов ученые надеются удерживать водородную плазму в течение десяти секунд.

Ожидается, что к моменту окончания третьего этапа время удержания плазмы составит 30 минут.

Реактор, находящийся в немецком городе Грайфсвальд, состоит из 50 сверхпроводящих ниобий-титановых катушек около 3,5 метров в высоту и общим весом около 425 тонн.

Катушки способны создавать магнитное поле индукцией три тесла, удерживающее плазму с температурой 60–130 миллионов градусов Цельсия (что в несколько раз выше, чем температура в центре солнечного ядра). Объем плазмы может достигать 30 кубических метров.

Вся конструкция окружена криостатом (прочной теплоизолирующей оболочкой) диаметром 16 метров. Строительство W7-X обошлось в сумму около миллиарда евро и в общей сложности потребовало 1,1 миллиона рабочих часов.

Wendelstein 7-X – экспериментальный термоядерный реактор типа стелларатор. В отличие от обычных ядерных реакторов, где энергия выделяется в результате распада тяжелых ядер на более легкие, в термоядерных реакторах используется реакция синтеза, в ходе которой более тяжелые атомные ядра из более легких собираются.

 В настоящее время существуют две принципиальные схемы управляемого термоядерного синтеза: квазистационарные системы, в которых нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем, и импульсные системы, в которых управляемый термоядерный синтез происходит путем нагрева дейтерия и трития лазерными лучами.

 

Стелларатор – более редкий вид термоядерных реакторов первого типа. Его более распространенным собратом является токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). В обоих реакторах плазма удерживается не стенками камер (они просто не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру), но специально создаваемым магнитным полем.

 Однако в токамаке магнитное поле индуцируется комбинировано: при помощи внешних катушек, а также при помощи электричества, протекающего по плазменному шнуру. В отличие от токамака, в стеллараторе необходимая для удержания плазмы конфигурация магнитного поля создаётся токами, текущими исключительно вне плазменного объёма.

Подобная конструкция стелларатор-реактора создает среду, в которой плазма обладает высокой стабильностью. Его устройство позволяет избежать возникновения потоков свободных электронов и ионов внутри плазменного шнура, создающих свои собственные магнитные поля, что часто приводит разрушению магнитного поля и потере плазмой температуры в токамак-реакторах.

Это, с одной стороны, позволяет использовать стелларатор в непрерывном режиме, с другой – делает его строительство крайне сложным. 

Благодаря появлению суперкомпьютеров, обладающих мощностью, достаточной для проведения высокоточных расчетов конфигураций магнитных полей, стала возможна разработка технологий, позволяющих удерживать и контролировать высокотемпературную плазму в магнитном поле сложной конфигурации – и в апреле 2005 года немецкие ученые приступили к строительству W7-X. Wendelstein 7-X не станет промышленным термоядерным реактором, но успешное проведение испытаний подтвердит возможность использования стеллараторов для получения энергии при помощи управляемого термоядерного синтеза.

Первый проект стелларатора был разработан Лайманом Спитцером (Lyman Spitzer), ученым из Принстонского университета, еще в 1951 году. Однако в то время создание реактора такого типа было невозможным.

Поэтому реакторы типа токамак, имеющие более простую и более технологичную конструкцию, активнее использовались для исследований в области ядерного синтеза.

Помимо Wendelstein 7-X, наиболее перспективным стелларатором в мире считается Large Helical Device, расположенный в японском городе Токи. 

Александра Стуккей

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://nplus1.ru/news/2015/12/14/plazma

От “Космической одиссеи” до “Интерстеллара”: 7 кинохитов о космосе

18 марта 1965 года двухместный космический корабль “Восход-2” вышел на орбиту Земли, получив задание провести первый выход человека в открытое космическое пространство. Алексей Леонов находился за бортом “Восхода-2” около 12 минут. Выбравшись из люка, он “отплыл” в сторону на длину троса-фала, соединявшего его с кораблем.

Читайте также:  Вращение нашей планеты вокруг солнца - все о космосе

Эта миссия была важнейшей вехой советской космической программы.

За выходом в открытый космос следили по всему миру, и безусловно, прорыв человека за пределы земного шара, осуществленный в 60-е годы XX века, вдохновил режиссеров на создание огромного пласта картин о путешествиях по вселенной.

“Космические одиссеи” не зрителям не надоедают – об этом говорит успех недавнего оскаровского лауреата “Интерстеллар”. “РГ” вспомнила самые значительные фильмы о космосе.

В поисках монолита (“2001 год: космическая одиссея”, 1968)

“Интерстеллар”: кино о науке, гуманизме и “кротовых норах”

Культовый фильм Стэнли Кубрика “2001 год: Космическая одиссея” был снят по мотивам рассказа Артура Кларка “Часовой”.

Лента рассказывает об экспедиции астронавтов Дейва Боумена, Фрэнка Пула и сверхразумного компьютера HAL 9000, которые отправляются на поиски некоего черного монолита – загадочного черного прямоугольника, который, по-видимому, оказывает влияние на ход человеческой эволюции.

Картина стала вехой как в научно-фантастическом жанре, так и в истории мирового кино.

Кубрик сумел не просто снять научно-фантастическую картину на высочайшем на тот момент техническом уровне, но и затронул в картине массу тем, которые найдут свое продолжение уже в других, ставших классическими картинах: превращение обезьяны в человека, проблема контакта с внеземным разумом, будущее космической эры, бунт машин-роботов и компьютеров против создавшего их человека и другие.

Из жизни космических первопроходцев (“Аполлон-13”, 1995)

Картина Рона Ховарда, посвященная неудачной миссии NASA “Аполлон-13”, рассказывает о буднях первопроходцев космоса – и это своего рода “производственный фильм”: люди заняты своей нелегкой работой, в их поведении на Земле и в космосе немало бытовых, снижающих излишний пафос деталей. В 1970 “Аполлон-13” должен был стать третьим космическим кораблем, который доставил бы астронавтов на Луну. Однако уже на подлете к цели на корабле произошла серьезная авария, которая не только поставила крест на высадке, но и создала угрозу жизни членов экипажа. Фильм снят по книге “Утерянная Луна”, написанной астронавтом Джимом Ловеллом в соавторстве с Джеффри Клюгером. Как и книга, лента повествует о реальных событиях, случившихся в апреле 1970 года. Драма со спецэффектами удостоилась двух оскаровских статуэток – за лучший звук и лучший монтаж.

Абсурд против спецэффектов (“Армагеддон”, 1998)

Тень гигантского астероида легла на Землю. До трагического столкновения остаются считанные дни. Наступает Армагеддон, конец мировой истории. Чтобы предотвратить катастрофу, необходимо чудо – или совместные усилия лучших из лучших вместе с технологической мощью всего созданного человеком.

Во имя спасения человечества группа астронавтов отправляется навстречу астеройду на шаттлах “Свобода” и “Независимость”. Режиссера Майкла Бэя не раз упрекали в абсурдности и неправдоподобности сюжета “Армагеддона”.

Самоубийственная храбрость персонажей в исполнении Брюса Уиллиса и Бена Аффлека, пытающихся пробурить дыру в астероиде, чтобы уничтожить его взрывом ядерного заряда, давно стала объектом многочисленных шуток и пародий.

Затерянный Марс (“Миссия на Марс”, 2000)

Когда первая пилотируемая экспедиция на Марс терпит загадочную катастрофу, спасательная экспедиция отправляется на расследование трагедии и спасение оставшихся в живых.

Четыре члена экипажа, прибыв на Красную планету, обнаруживают загадочное геологическое образование вблизи места посадки.

После того, как ученые пытаются просканировать объект, поднимается буря, в результате которой гибнет половина экипажа, а все электроприборы выходят из строя.

Брайан де Пальма в картине “Миссия на Марс” во многом попытался повторить культовую “Космическую Одиссею”: фильм претендует на некоторую серьезность, без лихачества и взрывов в космосе. В итоге режиссер снял хотя и несколько запутанную и скучную, но красивую ленту.

Из огня в пламя (“Пекло”, 2007)

2057 год. Солнце погибает, и вместе с ним может погибнуть Земля. Последняя надежда планеты связана с “Икаром 2” – космическим кораблем во главе с капитаном Канедой.

Миссия его экипажа – доставить ядерный заряд, с помощью которого предполагается повторно “воспламенить” гаснущее Солнце.

Фильм “Пекло”, хотя и с несколько абсурдным сюжетом, но с прекрасными спецэффектами – один из лучших в активе английского режиссера Дэнни Бойла (“На игле”, “28 дней”, “Миллионер из трущоб”). Научным консультантом фильма выступил физик Брайан Кокс.

Двое на Орбите (“Гравитация”, 2013)

Картина Альфонсо Куарона, открывшая в 2013 году Венецианский кинофестиваль, во многом ознаменовала собой возвращение моды на фильмы “про космос”.  Доктор Райан Стоун, специалист в области медицинского инжиниринга, отправляется в свою первую космическую миссию под командованием ветерана астронавтики Мэтта Ковальски, для которого этот полет – последний перед отставкой.

Но во время, казалось бы, рутинной работы за бортом случается катастрофа. Шаттл уничтожен, а Стоун и Ковальски остаются совершенно одни; они находятся в связке друг с другом, и все, что они могут, – это двигаться по орбите в абсолютно черном пространстве безо всякой связи с Землей и какой-либо надежды на спасение. Роли Ковальски и Стоун исполнили Джордж Клуни и Сандра Буллок.

Путь к червоточине (“Интерстеллар”, 2014)

Советскую “Гравитацию” сняли в 80-х

“Интерстеллар” – один из фильмов, которыми запомнился ушедший киногод.

Братья Ноланы – режиссер Кристофер и сценарист Джонатан (“Начало”, трилогия о Темном рыцаре) – сделали фильм, угодивший как широкой аудитории, так и оскаровским академикам – фильм был явным фаворитом в номинации “лучшие визуальные эффекты” и без труда обошел главного конкурента – “Хоббита”.

Сюжет таков: засуха приводит человечество к продовольственному кризису, и коллектив исследователей и ученых отправляется сквозь червоточину в путешествие, чтобы переселить человечество на другую планету. Доподлинно о том, насколько дружелюбны новые земли, неизвестно, да и путь очень непрост: придется, помимо прочего, проскочить через временно-пространственную воронку и вплотную подойти к черной дыре.

Отечественные фильмы об освоении космоса – отдельная тема, которая требует особенного внимания. В стране, отправившей к звездам первого человека и подготовившей первого, кто вышел в открытый космос, этой теме посвятили много замечательных фильмов.

Источник: https://rg.ru/2015/03/18/kosmos-site.html

Термоядерный синтез — Токамак, стелларатор

Токамак – тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Плазма удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать её температуру, а специально создаваемым магнитным полем.

Особенностью токамака является использование электрического тока, протекающего через плазму для создания полоидального поля, необходимого для равновесия плазмы.

Этим он отличается от стелларатора, в котором и тороидальное и полоидальное поле создается с помощью магнитных катушек.

Термин «токамак» был введён русскими физиками Игорем Евгеньевичем Таммом и Андреем Дмитриевичем Сахаровым в 50х годах как сокращение фразы «тороидальная камера с магнитными катушками». Первый токамак был разработан под руководством академика Л. А. Арцимовича в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова в Москве и продемонстрирован в 1968 в Новосибирске.

В настоящее время токамак считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Токамак представляет собой тороидальную вакуумную камеру, на которую намотаны катушки для создания (тороидального) магнитного поля. Из вакуумной камеры сначала откачивают воздух, а затем заполняют её смесью дейтерия и трития.

Затем, с помощью индуктора, в камере создают вихревое электрическое поле. Индуктор представляет собой первичную обмотку большого трансформатора, в котором камера токамака является вторичной обмоткой.

Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы.

Протекающий через плазму ток выполняет две задачи:

  1. Нагревает плазму так же, как нагревал бы любой другой проводник (омический нагрев);
  2. Создает вокруг себя магнитное поле. Это магнитное поле называется полоидальным (т. е. направленное вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат).

Магнитное поле сжимает протекающий через плазму ток. В результате образуется конфигурация, в которой винтовые магнитные силовые линии «обвивают» плазменный шнур. При этом шаг при вращении в тороидальном направлении не совпадает с шагом в полоидальном направлении.

Магнитные линии оказываются незамкнутыми, они бесконечно много раз закручиваются вокруг тора, образуя т. н. «магнитные поверхности» тороидальной формы. Наличие полоидального поля необходимо для стабильного удержания плазмы в такой системе.

Так как оно создается за счет увеличения тока в индукторе, а он не может быть бесконечным, время стабильного существования плазмы в классическом токамаке ограничено. Для преодоления этого ограничения разработаны дополнительные способы поддержания тока.

Для этого может быть использована инжекция в плазму ускоренных нейтральных атомов дейтерия или трития или микроволновое излучение. Кроме тороидальных катушек для управления плазменным шнуром необходимы дополнительные катушки полоидального поля. Они представляют собой кольцевые витки, вокруг вертикальной оси камеры токамака.

Одного только нагрева за счет протекания тока недостаточно для нагрева плазмы до температуры, необходимой для осуществления термоядерной реакции. Для дополнительного нагрева используется микроволновое излучение на т. н. резонансных частотах (например, совпадающих с циклотронной частотой либо электронов, либо ионов) или инжекция быстрых нейтральных атомов.

Читайте также:  Мицар и алькор - все о космосе

Одной из важных проблем токамака является обеспечение чистоты плазмы, так как попадающие в плазму примеси прекращают реакцию. Попадают они в плазму со стенок камеры, так как запускаемые в объем рабочие вещества можно очистить, а стенка камеры работает в таких условиях, что проблема – из чего и как ее сделать – получила собственное название: «проблема первой стенки».

Все, что выходит из плазмы (нейтроны, протоны, ионы и электромагнитное излучение в диапазоне от инфракрасного до гамма-лучей), разрушает стенку, продукты разрушения попадают в плазму. Проблема стойкости и проблема «не вредности» решаются в противоположных направлениях, т.к.

чем тяжелее ион, тем он вреднее (допустимая концентрация тантала и вольфрама в сто раз меньше, чем углерода), а большинство стойких материалов создано на основе именно тяжелых металлов. Одно время большие надежды возлагались на углеродные материалы и композиты на основе карбидов, боридов и нитридов. Рассматривались пористые и профилированные (с ребрами или иглами) стенки.

И вообще, трудно сказать, что не рассматривалось, но в итоге в качестве материала стенок сейчас выбран бериллий.

Стелларатор

Стелларатор — тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Изобретен Л. Спитцером в 1951 г. Название реактора происходит от лат. stella — звезда, что должно указывать на схожесть процессов, происходящих в стеллараторе и внутри звёзд.

Стелларатор — замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы. Принципиальное отличие стелларатора от токамака заключается в том, что магнитное поле для удержания плазмы полностью создается внешними катушками, что, помимо прочего, позволяет использовать его в непрерывном режиме.

Его силовые линии подвергаются т. н. вращательному преобразованию, в результате которого эти линии многократно обходят вдоль тора и образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей.

Вращательное преобразование силовых линий может быть осуществлено как путём геометрической деформации тороидального соленоида (например, скручиванием его в «восьмёрку»), так и с помощью винтовых проводников, навитых на тор.

Для создания такой конфигурации магнитного поля необходимо использовать катушки сложной формы, производство которых является технически сложным процессом. Вследствие этого первые модели стеллараторов давали плазму с худшими параметрами, чем токамаки.

Устройство стелларатора следующее. Вакуумный сосуд тороидальной формы (в отличие от токамака стелларатор не имеет азимутальной симметрии; магнитная поверхность имеет форму «мятого бублика») откачивается до высокого вакуума и затем заполняется смесью дейтерия и трития.

Затем создается плазма и производится её нагрев. Энергия вводится в плазму при помощи электромагнитного излучения — т. н. электронного циклотронного резонанса. При достижении температур, достаточных для преодоления кулоновского отталкивания между ядрами дейтерия и трития начинаются термоядерные реакции.

Тот факт, что для магнитного удержания плазмы требуется торообразный, а например не шарообразный, сосуд напрямую связан с «теоремой о еже», согласно которой «шаровой ёж» не может быть причёсан — в двух точках ежа иголки будут стоять перпендикулярно «поверхности» ежа.

Это напрямую связано с топологическим свойством поверхности — эйлерова характеристика сферы равна 2. С другой стороны, тор возможно причесать гладко, так как его эйлерова характеристика равна 0.

Рассматривая вектор магнитного поля как иголку, становится ясно, что замкнутая магнитная поверхность может быть только торообразной (или любой другой поверхностью с эйлеровой характеристикой, равной нулю).

Стелларатор HSX. Первая демонстрация работы принципа квазисимметрии в магнитной удерживающей системе была произведена в начале 2007 года.

Необычное устройство, совмещающее в себе достоинства стеллараторов и токамаков, но без их недостатков, построили Дэвид Андерсон (David Anderson) и его коллеги из университета Висконсина-Мэдисона (University of Wisconsin-Madison).

На испытаниях аппарат, потенциально способный стать термоядерным реактором, показал любопытные сочетания параметров, о чём его создатели и поведали в статье в журнале Physical Review Letters.

Новый аппарат называется “Геликоидный симметричный эксперимент” (Helically Symmetric eXperiment — HSX). Его проектирование Андерсон сотоварищи начали 17 лет назад. Теперь эта машина заработала, и её создатели полагают, что HSX — самый совершенный и перспективный стелларатор в мире.

У токамаков есть проблема со стабильностью плазмы, которая всё норовит дрейфовать к стенкам камеры. У стеллараторов проблем с этим нет. Но, словно взамен, у стеллаторов есть другой недостаток — здесь велики потери энергии плазмы. Изза этого таким машинам трудно достичь необходимых температур и времени удержания, достаточных для запуска термоядерной реакции.

HSX — первый в мире стелларатор с так называемым квазисимметричным магнитным полем. Форму его (и поля, и стелларатора, конечно же) учёные подбирали много лет. Но теперь машина работает и показывает очень обнадёживающие результаты.

Авторы этого небольшого чуда сообщают, что, сохранив прекрасную устойчивость плазмы, свойственную стеллараторам вообще, новый аппарат обладает значительно меньшей потерей энергии при большей электронной температуре, в сравнении со стеллараторами прежних схем. А ведь возможности конструкции не исчерпаны.

Сейчас создатели устройства намерены ещё поработать над проектом и поднять параметры плазмы до новых высот. Андерсон полагает, что идеи, опробованные в HSX, вполне могут лечь в основу промышленных энергетических термоядерных реакторов.

Источник: http://anufriev.orgfree.com/sintez7.html

Стеллараторы круче токамаков

… в глазах СМИ. После статьи в ScienceMag про Wendelstein 7-X, от него сложно стало отбиться — в каждом утюге по модному немецкому стелларатору.  Ну, выглядит, он конечно, космически.

Фотография Wendelstein 7-X от Christian Lunig, а вот его же фотографии со стройки ИТЭР. А вот моя небольшая подборочка фотографий W 7-X

Но мало кто отдает себе отчет, что эта установка будет очень далека от достижений токамаков 90х годов, не говоря уже об потенциале ИТЭР, по параметрам плазмы.

Как известно, для термоядерной реакции важно тройное произведение — концентрация на температуру на время удержания (т.е. скорость утекания тепла) — n*T*tau.

Стеллараторы имеют плохие значения tau и T при довольно неплохих — концентрации, конкретно речь идет об n = 10^20 частиц на кубометр, T = 4 кЭв, Tau — 1 секунда. Для сравнения, ИТЭР — 2*10^20, 15 кЭв, tau = 10…30 секунд.

Сложная конфигурация плазмы стеллараторов ухудшает ее теплоизоляцию, а это первейшая забота всех разработчиков термоядерных реакторов.

Планируемые режимы работы немецкого стелларатора. Мегаваты здесь — мощность подогрева, определяющая режимы работы.

В итоге, на первой стадии работы, до 2019 года, W 7-x будет сравним с токамаками 80х, только плазму он будет удерживать гораздо, гораздо дольше.

Даже если бы этот стелларатор был рассчитан на работу с тритием, мощность термодерной реакции не поднялась бы выше одного мегаватта, что заметно меньше параметров, которые достигнуты на токамаках JET (где мощность термоядерной реакции составила 70% от мощности подогрева) и JT-60U (где теоретическая термоядерная мощность была бы 110% от подогрева). Напомню, что для ИТЭР планируется как минимум 10 кратное превышение Pfus над Pth.
Конфигурация плазмы и расположение островков дивертора в немецком стеллараторе

Кстати, одним из неприятных аспектов плохой термоизоляции плазмы сложной кофигурации, которая нужна стеллараторам для работы является перегрев конструкции.

В термоядерных реакторах с 70-х годов используется концепция дивертора — устройства, на которое отводится часть плазмы, охлаждается и отсасывается насосами — так поддеживается ее чистота и канализируется отвод тепла.

Так вот, для стеллараторов даже такого относительно небольшого масштаба, как W 7-X на дивертор стекает слишком много энергии, а подвод охлаждения к нему является сложнейшей инженерной проблемой.

На данный момент длительность работы Wendelstein 7-X определяется именно неохлаждаемым дивертором — больше 10 секунд он не выдерживает. Обеспечить его охлаждение планируется на следующем апгрейде.

Трассировка кабелей и тубок по элементам стелларатора

Так что же толкает ученых вкладываться в концепцию стеллаторов (а немецкий аппарат обошелся налогоплатильщикам Европы в 1,1 млрд. евро)? Прежде всего тот факт, что в каких-то аспектах стеллараторы ближе к промышленным реакторам, чем токамаки.

Главное — это возможность непрерывной работы без каких-то сложностей. Токамаки высоких параметров же сегодня умеют работать только в индуктивном режиме, который принципиально импульсный. Разработка токамаков постоянного действия — задача будущего.

Другим преимуществом стеллараторов можно назвать практическое отсутсвие срывов плазмы, событий, крайне сильно влиющих на дизайн элементов токамаков.

Ну и наконец, как мне кажется, страховка от риска, что возня с токамаками окончится ничем (что в общем можно ожидать, пытаясь представить эксплуатацию ИТЭР как электростанции).

Что ж, скорее всего еще до конца года мы увидим первые плазменные запуски немецкого стеллараторного монстра, и пожелаем удачи этому направлению.

Читайте также:  Мимас спутник сатурна - все о космосе

Источник: http://www.pvsm.ru/fizika/103198

Термоядерный синтез: стеллараторы против токамаков – Суть Событий

В Германии успешно запущен термоядерный реактор Wendelstein 7-X (W7-X).

Ученые Института физики плазмы имени Макса Планка в городе Грайфсвальд получили гелиевую плазму и удержали ее в течение одной десятой секунды.

Wendelstein 7-X – крупнейший в мире термоядерный реактор типа стелларатор, и получение тестовой плазмы подтверждает возможность использования стеллараторов в качестве промышленных термоядерных реакторов. 

При помощи микроволнового импульса мощностью 1,8 киловатт физики нагрели один миллиграмм газообразного гелия до температуры приблизительно один миллион градусов Цельсия – после чего удержали полученную плазму в равновесии в течение 0,1 секунды.

Конфигурация бублика стелларатора

Для управляемого синтеза гелия из водорода необходимо удерживать очень горячую плазму в магнитных полях. Тут существует два главных подхода: учёные создают ловушки — токамаки и стеллараторы.

Первые обладают камерой в виде тора с простым овальным сечением и ровной круглой формой в плане. Токамаки оснащаются сравнительно простыми (по форме) плоскими магнитами и отличаются более-менее низкой потерей энергии плазменного жгута, что, потенциально, предопределяет и низкий расход энергии на поддержание плазмы.

Стеллараторы, в первом приближении, это тоже «бублики». Но форма их очень сложна: и сечение их имеет непростую форму, и сам «бублик» несколько раз перекручен и изогнут. Магниты, создающие удерживающее поле, здесь весьма сложны по геометрии.

У токамаков есть проблема со стабильностью плазмы, которая прилипает к стенкам камеры. У стеллараторов проблем с этим нет.

У стеллаторов другой недостаток — велики потери энергии плазмы. Из-за этого им трудно достичь необходимых температур и времени удержания, достаточных для запуска термоядерного синтеза.

Справка:

Стелларатор — замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы.

Принципиальное отличие стелларатора от токамака заключается в том, что магнитное поле для изоляции плазмы от внутренних стенок тороидальной камеры полностью создаётся внешними катушками, что, помимо прочего, позволяет использовать его в непрерывном режиме. Его силовые линии подвергаются т.

 н. вращательному преобразованию, в результате которого эти линии многократно обходят вдоль тора и образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей.

Пробкотрон Локхид

Для сравнения – в 1968 году советские ученые разогрели на токамаке плазму до температуры в 10 миллионов градусов и удерживали ее в течение 10 миллисекунд. Причем на западе время удержания было на порядок меньше. То есть можно уверенно констатировать существенный прогресс, который по экспертным оценкам может лет через 50 позволить создать промышленный термоядерный реактор.

Во всех стеллараторах, построенных в XX веке, конфигурации вращательного преобразования были аналогичны друг другу, одна из таких конфигураций была запатентована в СССР под названием Торсатрон.

Конфигурация типа «торсатрон» была не слишком совершенна и имела множество недостатков, значительно сокращавших теоретическое время удержания плазмы. Поэтому долгое время удержание плазмы в токамаках имело существенно лучшие показатели, чем в стеллараторах.

Однако изучение поведения плазмы в стеллараторах-торсатронах позволило создать в дальнейшем стеллараторы принципиально нового типа. Именно такой стелларатор используют в Институте имени Макса Планка.

Существенный прогресс в развитии стеллараторов был достигнут в начале XXI века в связи с мощным развитием компьютерных технологий и, в частности, компьютерных графических программ. С их помощью была оптимизирована магнитная система стелларатора.

В результате появилась совершенно новая конфигурация вращательного преобразования — если в конфигурации «торсатрон» нужное магнитное поле создавалось двумя обмотками, то в новой конфигурации магнитное поле создавалось исключительно одной обмоткой, состоящей из модульных трехмерных тороидальных катушек, сложно искривленная форма которых была рассчитана с помощью компьютерных графических программ.

Так выглядит реальный стелларатор

Следует отметить, что в настоящее время реально идет гонка по исследованию термоядерного синтеза. Недавно американская корпорация Локхид-Мартин объявила, что ей удалось достичь прорыва на направлении, которое долгое время считалось неперспективным.

Сотрудники лаборатории Skunk Works, принадлежащей Lockheed Matrin, на установке под названием «пробкотрон» (линейная плазменная ловушка с магнитными зеркалами) получили высокотемпературную плазму и намерены приступить к созданию промышленного реактора мощностью в 100 мегаватт размером два на три метра.

Тот есть десяток таких реакторов, которые можно разместить в прицепе одного трейлера, могут полностью обеспечить электроэнергией Крым.

Впрочем, токамаки без боя не сдадутся. Не так давно в Китае на токамаке удалось получить превышение полученной энергии над ее затратами. Китайские физики смогли также поддерживать режим удержания плазмы в экспериментальной термоядерной установке — токамаке — EAST в течение рекордных 30 секунд, пишет  журнал Nature Physics.

Россия утратила былые лидирующие позиции и в настоящее время участвует в проекте ИТЭР ( международный термоядерный экспериментальный реактор), где на реакторе типа токамак предполагается получить промышленные результаты к 2050 году.

Источник: https://argumentiru.com/science/2015/12/416694

Термоядерный стелларатор Wendelstein 7-X успешно произвел водородную плазму



ПодробностиОпубликовано: 06.02.2016 21:24Просмотров: 5328

Немецкие ученые запустили торообразный термоядерный реактор, который позволяет разогреть водород до температуры, при которой он становится плазмой.

Испытательный запуск прошел удачно, однако сама реакция длилась всего доли секунды.

Тем не менее, первые успехи проекта стелларатора “Wendelstein 7-X” значительно приближают человечество к перспективе широкого использования ядерного синтеза, являющегося потенциальным источником чистой и дешевой энергии, в основе которой природные процессы, проистекающие в самом Солнце.

На мероприятии по запуску стелларатора Wendelstein 7-X (или W7-X), которое проходило в Институте Макса Планка, присутствовала канцлер Германии Ангела Меркель, которая с позволения физиков и дала символичный старт экспериментального термоядерного реактора. Данная экспериментальная установка, строительство которой обошлось в 400 миллионов евро, будет использоваться физиками для исследования технических особенностей и возможностей будущего полноценного термоядерного реактора.

Плазма в немецком термоядерном реактореВот так выглядит реактор “Wendelstein 7-X” изнутри

В отличие от процесса расщепления атомов, в котором ядра разбиваются на более мелкие частицы, в процессе термоядерного синтеза из двух более легких ядер создаются более тяжелые ядра. При производстве сложных ядер из более простых вырабатывается огромный объем энергии, который, как считают физики, можно использовать в качестве источника очень доступной чистой энергии.

До того момента, как мы получим технологию массового производства термоядерной энергии может пройти не одно десятилетие, однако сторонники этого направления полагают, что в будущем такая энергия сможет заменить ископаемые виды топлива и обычные ядерные реакторы, где используется процесс расщепления атомов. В отличие от последних, которые производят огромный объем радиоактивных отходов, побочные продукты работы термоядерных реакторов рассматриваются учеными как более безопасные.

По теме: Генератор Росси E-CAT: неужели эра углеводородов действительно прошла?

Следует отметить, что первый запуск экспериментального стелларатора физики Германии провели в прошлом декабре. Тогда была получена первая порция гелиевой плазмы. В рамках нынешнего эксперимента ученые использовали микроволновый импульс мощностью 2 МВт для нагрева водорода и дальнейшего его превращения в водородную плазму малой плотности.

Интересно, что немногим позднее китайские ученые добились не менее впечатляющих результатов, далеко продвинувшись по сравнению с физиками из Германии. Китайцы смогли нагреть плазму до температуры в примерно 50 млн градусов, и продержали плазму в стабильном состоянии 102 секунды.

Эксперимент был проведен в термоядерном реакторе, установленном в Институте физических наук в городе Хэфэй (Hefei), столице провинции Цзянсу.

В отличие от немцев, китайцы работают с реактором типа токамак, их система получила название Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST).

Как уже говорилось выше, достигнутая температура плазмы — 50 млн градусов, в то время, как температура в центре Солнца, по оценкам специалистов, составляет примерно 15 млн градусов.

До 50 млн градусов доходит и температура в центре термоядерного взрыва средней мощности.

По теме: EmDrive: все что вам нужно знать о таинственном двигателе на электромагнитной тяге

Стоит отметить, что исследователи из Японии и Европы могут также нагревать плазму до 50 млн градусов в своих реакторах. Но речь о сколько-нибудь продолжительном сохранении плазмы в стабильном состоянии не идет — специалисты просто боятся, что реактор может не выдержать таких температур.

Справка: Стелларатор — тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Название происходит от лат. stella — звезда, что указывает на схожесть процессов, происходящих в стеллараторе и внутри звёзд. Представляет собой замкнутую магнитную ловушку для удержания высокотемпературной плазмы. Изобретён Л. Спитцером в 1950 году.

Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза.

Ток в плазме обеспечивает разогрев плазмы и удержание равновесия плазменного шнура в вакуумной камере.

Этим токамак, в частности, отличается от стелларатора, являющегося одной из альтернативных схем удержания, в котором и тороидальное, и полоидальное поля создаются с помощью внешних магнитных катушек.

Источник: https://ecotechnica.com.ua/technology/733-termoyadernyj-stellarator-wendelstein-7-x-uspeshno-proizvel-vodorodnuyu-plazmu.html

Ссылка на основную публикацию