NF: Выравнивание спина для термоядерного топлива удешевит ядерную энергию

Новое исследование предлагает способ, как сделать термоядерный синтез более практичным источником энергии.

В этом способе по-прежнему будут использоваться дейтерий и тритий — наиболее перспективные виды топлива для производства термоядерной энергии. Но свойства этого топлива немного изменят, чтобы оно работало эффективнее. Для этого используют процесс под названием «спиновая поляризация». Кроме того, количество дейтерия увеличат, чтобы получить больше энергии.

Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы в США создали модели, которые показали: можно более эффективно использовать тритий, не теряя при этом энергию синтеза. Это позволит уменьшить количество трития, необходимое для запуска и поддержания термоядерных реакций. В результате могут появиться более компактные и доступные термоядерные системы.

Термоядерный синтез — это очень сложно, — говорит Джейсон Паризи, физик-исследователь лаборатории и автор научной статьи.

Поэтому было удивительно, насколько значительным оказалось улучшение.

Этот метод позволяет использовать тритий в десять раз эффективнее.

Ученые из PPPL активно участвуют в разработке новых технологий для термоядерного синтеза. В одном из исследований, проведенных Паризи, газы нагревались до состояния плазмы, которая удерживалась с помощью магнитных полей в форме, напоминающей яблоко.

В Лаборатории есть специальное устройство — National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). Оно похоже на то, что описывали исследователи.

Это первый случай, когда ученые исследуют, как спин-поляризованное топливо может помочь улучшить использование трития, — объясняет Джейкоб Шварц, один из авторов работы.

Минимизация потребностей в тритии за счет максимизации эффективности сжигания

Ахмед Диалло, главный физик-исследователь и соавтор статьи, сравнивает эффективность сгорания трития с работой газовой плиты. Он говорит, что в термоядерном устройстве тритий сгорает не полностью, как газ на плите, который не всегда удается сжечь до конца. Поэтому ученые хотели сделать так, чтобы тритий сгорал эффективнее.

Чтобы решить эту задачу, команда PPPL обсуждала проблему с другими учеными из области термоядерного синтеза и специалистами по спиновой поляризации. Паризи говорит, что термоядерный синтез — это сложная область науки и техники, которая требует прогресса во многих направлениях. Но иногда можно получить удивительные результаты, если объединить исследования из разных областей.

Другой вид спина

Квантовое вращение не похоже на обычное вращение бейсбольного мяча. У мяча может быть много видов вращения, а у квантового спина частицы — только несколько вариантов: например, вверх или вниз.

Если два атома топлива для термоядерного синтеза имеют одинаковый квантовый спин, они с большей вероятностью соединятся. Это значит, что можно получить больше энергии из того же количества топлива.

Существующие методы спиновой поляризации не могут выровнять спин каждого атома. Но в модели PPPL показано, что для улучшения эффективности сжигания трития и общей производительности достаточно даже небольшого выравнивания спинов атомов.

Повышение эффективности для снижения потребности в тритии

При меньшем количестве требуемого трития общий размер термоядерной электростанции может быть уменьшен, что упрощает лицензирование, размещение и строительство. В совокупности это должно снизить эксплуатационные расходы термоядерной системы.

Тритий также радиоактивен, и хотя это излучение относительно недолговечно по сравнению с отработанным топливом ядерных реакторов деления, уменьшение необходимого количества имеет преимущества с точки зрения безопасности, поскольку снижает риск утечки или загрязнения трития.

Чем меньше трития проходит через вашу систему, тем меньше его попадает в компоненты, — говорит Паризи.

Также можно сделать хранилища и перерабатывающие предприятия, необходимые для трития, гораздо меньше и эффективнее. Это облегчает получение ядерных лицензий.

Люди думают, что размер границ площадки в какой-то степени пропорционален количеству трития. Так что, если у вас будет намного меньше трития, ваша станция может быть меньше, быстрее получить разрешение регулирующих органов и дешевле.

Новые пути для исследования

Необходима дальнейшая работа по изучению вещей, которые необходимы для реализации предложенной системы, но еще не до конца изучены. «Необходимо определить, возможно ли реализовать интегрированные сценарии, поддерживающие высококлассную термоядерную плазму с такими специфическими потоками избыточного топлива и золы из плазмы», — сказал Шварц.

По словам Диалло, существуют также потенциальные проблемы, связанные с методами поляризации, но они открывают новые возможности.

Одна из задач — продемонстрировать методы производства спин-поляризованного топлива в больших количествах и его хранения. Это откроет совершенно новую технологическую область.

Результаты опубликованы в журнале Nuclear Fusion.

Ранее мы писали, что Росатом наградил молодых ученых за прорывные проекты в области энергетики.

19.11.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии

Швеция вновь обратила внимание на атомную...

Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство
Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство

Мир стремится к устойчивому развитию, и&n...

Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ
Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ

Нижегородский государственный университет имен...

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Мир хранения энергии меняется благодаря кванто...

Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию

Превращение солнечной энергии в химическу...

Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров

Европейская комиссия дала зеленый свет огромно...

1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии

Стремление Китая использовать энергию звезд до...

Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму

Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ...

В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%

Ученые Томского политехнического университета ...

Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии

Живая лаборатория по использованию тепла ...

JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей

Глобальная гонка за увеличение срока служ...

AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии

Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме...

AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка

Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новый рулевой КАИ Кирилл Охоткин: что ждет университет
Новый рулевой КАИ Кирилл Охоткин: что ждет университет
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
Математика против вирусов: как ученые СПбГУ научились предсказывать эпидемии
Математика против вирусов: как ученые СПбГУ научились предсказывать эпидемии
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Круглый стол «Наука продвигать» пройдёт в эту субботу
Итоги IV конгресса молодых ученых