Вакуум создает условия для ядерного синтеза
Производство энергии с использованием ядерного синтеза становится все более важным в поисках чистых альтернативных источников энергии. Еще в 1950-х годах прошлого века ученые всего мира пытались использовать ядерный синтез в мирных целях. В конце концов, этот процесс прекрасно работает на солнце. Однако, имитируя экстремальные условия, которые там преобладают, физикам и инженерам становится нелегко. По сути, речь идет о слиянии двух изотопов водорода одновременно для образования нового ядра гелия. В ходе этого процесса образуются не только гелий и один нейтрон, но и необычайно большое количество энергии. Эта энергия, которая высвобождается, предназначена для выработки электроэнергии: теоретически всего один грамм топлива можно использовать для выработки 90 000 киловатт-часов энергии на электростанции. Это эквивалентно теплоте сгорания 11 метрических тонн угля.
Задача, поставленная исследованием слияния, состоит в том, чтобы заставить ядра слиться воедино. Поскольку для термоядерного синтеза невозможно воспроизвести условия Солнца на электростанции на Земле, это означает, что термоядерный синтез может происходить только в высоком вакууме при высокой плазменной температуре, примерно 100-150 миллионов кельвинов, а также при низкой плотности частиц - примерно 1020 ед. на кубический метр. После процесса разогрева электроны отделяются от ядер, образуя плазму.
Компьютерная графика: Криостат, магнитные катушки и
плазменный шнур на термоядерном реакторе Wendelstein 7-X.
Заряженные ядра двигаются вдоль реактора, с помощью чрезвычайно сильного магнитного поля они держатся вдали от стенок реактора. Когда два атомных ядра сближаются или даже сталкиваются, они сливаются и выделяют большое количество энергии. Часть этой энергии, в свою очередь, гарантирует, что плазма остается при той же температуре и сохраняет свое состояние без какого-либо дополнительного ввода энергии. Конечно, положительный энергетический баланс необходим, если целью является производство энергии для выработки электроэнергии.
Запрос, предъявляемый к вакуумным технологиям в термоядерном реакторе Wendelstein 7-X, по существу состоит из двух переплетенных тороидальных вакуумных сосудов. Внешняя камера криостата содержит вакуумную изоляции и технологию охлаждения для сверхпроводящих катушек, которые необходимы для создания магнитного поля. Внутренняя камера или плазменный сосуд используется для генерации фактической плазмы в условиях высокого вакуума.
Важным фактором для работы термоядерного реактора является наличие сильной, надежной и мощной вакуумной системы. Поэтому все вакуумные компоненты должны были пройти процедуру аттестации в Институте физики плазмы Макса Планка (IPP), чтобы обеспечить их пригодность для использования в эксперименте по синтезу.