Krievu fiziķi no A. F. Ioffe Fizikotehniskā institūta Sanktpēterburgā aprakstīja jonu siltuma pārneses procesus sfēriskā tokamakā. Pētījuma rezultāti, kas zinātniekiem pietuvina vienu soli termobrandu kodolsintēzes problēmas risināšanā, tiek publicēti žurnālā Plasma Physics and Controlled Fusion.
Ja zinātniekiem izdosies realizēt ideju par kontrolētu kodolsintēzi, cilvēce saņems gandrīz neizsmeļamu enerģijas avotu. Kodolsintēzes spēkstacijas tiek atzītas par drošām un videi draudzīgām: salīdzinājumā ar atomelektrostacijām tām nav eksplozīvu reakciju, un atšķirībā no ogļūdeņražu sadedzināšanas nav oglekļa dioksīda un slāpekļa oksīdu izmešu, kas veicina globālo sasilšanu un piesārņo vidi. Turklāt neitroni, kas iegūti termiskās kodolsintēzes rezultātā, var iznīcināt radioaktīvos atkritumus atomelektrostacijās.
Termiskās kodolsintēzes eksperimenti visā pasaulē tiek veikti īpašās instalācijās - tokamātos, kuru iekšienē gaismas elementu gāze - ūdeņradis, deitērijs un tritijs - tiek uzkarsēta līdz 100 miljonu grādu temperatūrai, kas ļauj veidot plazmu - lādētu daļiņu gāzi: jonus un elektronus. Karsētie plazmas joni savstarpēji saduras tāpat kā tas notiek Saules iekšienē. Šajā gadījumā veidojas hēlija kodoli un izdalās neitroni, un neitronu enerģiju, kas pārsniedz plazmas sildīšanas izmaksas, var izmantot rūpniecībā un enerģētikā.
Fiziku galvenais uzdevums ir iemācīties plazmu turēt kodoliekārtās, izmantojot samērā ilgu laiku spēcīgu magnētisko lauku. Un tam jums ne tikai jāzina, kādi procesi notiek šajā plazmā, bet arī ir jābūt to matemātiskam aprakstam, lai varētu tos kontrolēt. Turklāt, lai projektētu lielas iekārtas, piemēram, starptautisko eksperimentālo termisko kodolreaktoru ITER, ir vajadzīgas zināšanas par jonu procesiem plazmā.
AF Ioffe Fizikotehniskajā institūtā ir unikāla eksperimentāla termoelektrostaciju iekārta - sfēriskais Glokama-M tokamaks, kas paredzēts plazmas izturēšanās izpētei laboratorijas apstākļos, nevis reaktora režīmā.
Institūta darbinieki izpētīja un aprakstīja jonu siltuma apmaiņas procesu Globus-M tokamaka plazmā. Šis darbs tika atbalstīts ar subsīdiju no Krievijas Zinātnes fonda (RSF) Prezidenta pētījumu projektu programmas.
“Mēs esam apstiprinājuši, ka Globus-M sfēriskā tokamaka fizikālo procesu īpatnības plazmā novērš papildu siltuma zudumu rašanos caur jonu kanālu plazmas turbulences dēļ. Tas nozīmē, ka šāda veida uzstādīšana ir labs pamats kompakta termoelektrisko neitronu avota izveidošanai,”- Krievijas Zinātnes fonda preses paziņojumā citēts pētījuma vadītājs, fizisko un matemātisko zinātņu kandidāts Gļebs Kurskijevs.
Jo labāk tiek sildīta plazma, jo efektīvāka ir saplūšana, un tas prasa spēcīgu magnētisko lauku un elektrisko strāvu, kas plūst caur plazmu. Gluži pretēji, plazmas jonu turbulence traucē efektīvai sildīšanai: lietderīgu sadursmju vietā joni tiek novirzīti un atstāj plazmu, kas pārkāpj tās siltumizolāciju. Savā darbā zinātnieki ir novērtējuši siltuma pārneses pakāpi Globus-M sfēriskajā tokamakā.
Reklāmas video:
“Eksperimentāli pārbaudīts plazmas sildīšanas parametru aprēķināšanas modelis ļaus mums izveidot kompaktu augstas enerģijas neitronu avotu, ko var izmantot smago kodolu sabrukšanai. Procesa laikā var iegūt arī enerģiju. Mūsu pētījums ievērojami paātrinās efektīvāku kodolsistēmu izstrādi un ieviešanu, izmantojot gan kodolsintēzes, gan skaldīšanas procesus,”skaidro Gļebs Kurskijevs.
Zinātnieku pētījums papildina pamatzināšanas, kas iegūtas eksperimentos ar līdzīgām Eiropas un Amerikas instalācijām. Apvienojot eksperimentu rezultātus, nākotnē būs iespējams izstrādāt modernāku ierīci kodolsintēzes reakcijām, apgalvo zinātnieki.