Изучение фундаментальных процессов, происходящих в плазме термоядерных установок, продолжает продвигать науку к мечте о неисчерпаемом и экологически чистом источнике энергии. Ведущие специалисты Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе в Санкт-Петербурге недавно добились нового значимого результата, подробно описав ионные механизмы переноса тепла в современной экспериментальной установке — сферическом токамаке «Глобус-М». Данную работу возглавил кандидат физико-математических наук Глеб Курскиев — молодой ученый, уже широко известный в научных кругах исследованиями в области термоядерного синтеза.
Термоядерная энергетика: глобальные перспективы
Научное сообщество по всему миру давно видит в управляемом термоядерном синтезе альтернативу традиционным источникам энергии. Такая технология способна обеспечить планету стабильной и практически неисчерпаемой энергией. Безопасность и чистота будущих термоядерных электростанций подчеркивается тем, что здесь нет опасных взрывных реакций, как в атомной энергетике, и отсутствуют выбросы парниковых газов — в отличие от сжигания топлива. Дополнительно, нейтроны, высвобождаемые в ходе термоядерных реакций, могут быть использованы для уничтожения радиоактивных отходов, способствуя решению одной из самых сложных экологических задач человечества.
Экспериментальные токамаки: сердце исследований
Сегодня эксперименты в сфере термоядерной энергетики проводятся благодаря токамакам — особым камерам с мощнейшими магнитными полями. В них легкие элементы, такие как водород, дейтерий и тритий, нагревают до экстремальных температур, превышающих 100 миллионов градусов. Эти условия позволяют создать плазму — особое состояние вещества, где частицы ионизированы и представляют собой смесь ионов и электронов. Внутри токамака ионы разогретой плазмы сталкиваются и сливаются, имитируя процессы, которые идут в недрах звезд Вселенной. При этом образуются ядра гелия, выделяются нейтроны, а получаемая энергия имеет потенциал для широкого экономического применения.
Глобус-М: уникальная платформа для термоядерной науки
Сферический токамак «Глобус-М», созданный сотрудниками ФТИ имени А. Ф. Иоффе, обладает исключительными возможностями для проведения передовых экспериментов по изучению поведения плазмы. Эта лабораторная установка позволяет моделировать различные режимы работы и получать уникальные данные о процессах термоядерного синтеза, не рискуя последствиями, характерными для полноценных реакторов. Новый этап в исследовании связан с детальным изучением ионного каналов переноса тепла, что имеет первостепенное значение для повышения эффективности соответствующих установок.
Влияние турбулентности и новые открытия Глеба Курскиева
Вопрос минимизации тепловых потерь в токамаке — ключ к эффективному термоядерному синтезу. Ионная турбулентность может существенно снижать нагрев плазмы, мешая удержанию нужных температур и ухудшая теплоизоляцию плазмы. Под руководством Глеба Курскиева группа ученых провела фундаментальный анализ процессов обмена теплом между ионами внутри установки «Глобус-М». В ходе работы специалисты пришли к важному выводу: особенности устройства и режима функционирования этого токамака препятствуют лишним тепловым потерям по ионному каналу, часто вызванным турбулентностью. Благодаря такому результату «Глобус-М» рассматривается как отличная база для создания компактных термоядерных источников нейтронов, способных изменить будущее науки и промышленности.
«Мы эмпирически подтвердили, что уникальные физические процессы, наблюдаемые в плазме сферического токамака, препятствуют возникновению ощутимых потерь энергии через ионные каналы из-за турбулентности. Это существенное преимущество для разработки миниатюрных, но мощных термоядерных систем», — отмечает Глеб Курскиев.
Новая модель нагрева плазмы и ее прикладное значение
Экспериментальное обоснование модели нагрева плазмы, полученное российскими физиками, дает практическую возможность проектировать новые типы источников высокоэнергичных нейтронов. Такие устройства будут востребованы не только в атомной энергетике, но и для индустрии, используемой в делении тяжёлых ядер и других прикладных задачах. По словам Глеба Курскиева, внедрение предложенной модели заметно ускорит развитие ядерных систем, совмещающих принципы синтеза и деления — тем самым увеличивая КПД и безопасность новых установок.
«Использование нашей экспериментально обоснованной модели откроет путь к созданию компактных нейтронных генераторов. Полученные нейтроны активно используются для разложения тяжелых ядер, а вдобавок к этому — для получения дополнительной энергии», — добавляет руководитель исследования.
Вклад в международную науку и перспективы развития
Исследование коллектива ученых из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе не просто развивает российскую науку, но и гармонично дополняет результаты, полученные на близких по конструкции установках в Европе и США. Сравнение и объединение данных глобальных экспериментов позволит в будущем создать инновационные устройства для термоядерного синтеза, максимально эффективные и безопасные для человечества. Такой междисциплинарный и международный подход способствует ускорению прогресса на пути к практическому внедрению управляемого термоядерного синтеза во все сферы жизни и станет гарантом развития энергетики будущего.
С каждым успешным шагом физики приближаются к технологическому прорыву, который позволит обеспечить планету чистой и доступной энергией. Последние успехи команды Глеба Курскиева и института имени А. Ф. Иоффе вселяют уверенность в том, что российская наука находится на передовой линии прогресса в исследовании термоядерных технологий.
Иллюстрация: Сферический токамак Глобус-М Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе в Санкт-Петербурге / © Фото: Глеб Курскиев
Источник: scientificrussia.ru
