Исследователи разрабатывают более простые магниты для извилистых установок, которые могут привести к стационарному термоядерному

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 6 января 2023 г., 11:22:29 MSK
  • 0 комментариев
  • 29 просмотров
Ученые использовали математическую технику для разработки мощных магнитов более прямой формы для термоядерных установок stellarator, что упрощает производство и техническое обслуживание.

Использование энергии, которая заставляет солнце и звезды сиять, может быть облегчено с помощью мощных магнитов более прямой формы, чем те, что были сделаны раньше. Исследователи, связанные с Принстонской лабораторией физики плазмы Министерства энергетики США (DOE) (PPPL), нашли способ создания таких магнитов для термоядерных установок, известных как стеллараторы.

Такие установки имеют сложные скрученные магнитные катушки по сравнению с прямыми восходящими и нисходящими катушками в более широко используемых установках токамака и могут производить термоядерные реакции без риска сбоев, с которыми сталкиваются токамаки. Это преимущество делает стеллараторы кандидатом на роль модели для экспериментальной установки термоядерного синтеза следующего поколения.

Теперь, добавив к катушкам стелларатора относительно прямые секции, исследователи могли бы как снизить стоимость изготовления, так и упростить установку отверстий, которые позволили бы специалистам ремонтировать внутреннюю часть устройства. Оба нововведения могли бы помочь в разработке стеллараторной электростанции, воспроизводящей термоядерный синтез на Земле для получения практически неисчерпаемого источника энергии для выработки электроэнергии без образования парниковых газов или долгоживущих радиоактивных отходов.

"В будущем людям придется заменять компоненты в стеллараторах по мере их износа, что требует больших отверстий между катушками магнитов", - сказал физик Цаосян Чжу, автор статьи, сообщающей о результатах в Ядерный синтез который завершил исследование, когда работал в PPPL. Сейчас он работает в Университете науки и техники Китая. "Но в стеллараторах трудно иметь большие отверстия, потому что электромагнитные катушки зигзагообразны и действительно сложны". Но, используя математическую технику, известную как "сплайновое представление", Чжу и другие сотрудники смогли спроектировать магниты с более прямыми сечениями, чем раньше, все еще создавая магнитные поля, которые могут удерживать плазму. Эти прямые участки могли бы обеспечить хорошее расположение окон.

Изобретенные астрофизиком Лайманом Спитцером, первым директором PPPL, стеллараторы представляют собой концепции термоядерных установок, которые используют мощные магниты для создания переплетающихся магнитных полей, удерживающих плазму, горячий газ, состоящий из электронов и обнаженных атомных ядер. Стеллараторы имеют преимущества перед токамаками, устройствами в форме пончика, которые в настоящее время являются самой популярной концепцией термоядерных установок во всем мире, но их фантастически сложные магниты усложняют проектирование и конструкцию.

Чжу и исследователи добавили возможность сплайна в компьютерный код Zhu FOCUS. Чтобы проверить концепцию, команда разработала магниты, которые могли бы поместиться в спирально-симметричный эксперимент (HSX), стелларатор в Университете Висконсин-Мэдисон.

Обновленный код показал, что исследователи могут создавать более прямые магниты, чем раньше, сохраняя при этом их прочность и точность. "В принципе, вы всегда можете изготовить более прямые катушки, но компромисс заключается в том, что их магнитные поля могут не ограничивать плазму так же сильно, как те, которые создаются более крутыми катушками", - сказала Никола Лонигро, студентка программы стажировки в научной лаборатории Министерства образования США (SULI) во время исследования, ведущий автор статьи, а ныне кандидат наук в Йоркском университете в Великобритании. "Но наше исследование показало, что вы могли бы сделать более простую катушку с более прямыми участками, которая создает ту же форму и силу магнитного поля, что и обычные катушки".

Создание более простых магнитов могло бы помочь в разработке термоядерной электростанции stellarator. "В долгосрочной перспективе эта работа является вкладом в более масштабные усилия, направленные на то, чтобы сделать стеллараторы коммерчески жизнеспособными", - сказал Лонигро.

Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США (Науки о термоядерной энергии и развитие трудовых ресурсов для учителей и ученых).

Комментарии

0 комментариев