Ученые ВИФШ помогают "зажигать солнце в физтехе"

Некоторые страны отказались от АЭС, а другие — серьезно сосредоточились на безопасности. Вот как раз в этой области свои изыскания ведут и петербургские ученые. Они ищут альтернативный путь получения энергии, и «сердцем» этих экспериментов является установка токамак, внутри которой пока на доли секунды удается «зажечь» рукотворное солнце — плазму.

Сегодня ведущие мировые установки проходят модернизацию. «Глобус-М» в петербургском Физтехе имени А.Ф. Иоффе первым ее завершил еще в 2018 году. Это самый большой действующий токамак в России. И самый большой сферический — в мире. Аппарат для создания и исследования плазмы — четвертого состояния вещества после твердого, жидкого и газообразного. Из плазмы состоят все звезды во вселенной, космическое пространство, молния и пламя огня. 

Специалисты наполняют камеру газом, который затем ионизируют электрическим полем. Плазма возникает всего на полсекунды. Перспективный термоядерный реактор не сможет взорваться и облучить радиацией все живое вокруг — его работа основана на других физических принципах. Освоить их непросто. Ученые могут создать плазменный сгусток на доли секунды, но как его удержать на длительный срок — и есть вопрос переднего края науки. 

Температура плазмы настолько высока, что превратит в пар абсолютно любой материал. Кроме того, при термоядерной реакции выделяется огромное количество энергии, часть которой нужно как-то выводить из реактора.

«Решения окончательного нет. Разные коллективы предлагают разные способы решения. Кто-то предлагает хитрую конструкцию дивертора с длинной ногой, которая позволяет размазать мощность по большой площади. Кто-то предлагает, чтобы эти ноги дивертора двигались по поверхности, также размазывая мощность. Политехники предлагают напускать газ, чтобы часть этой мощности в виде излучения высветить», — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории физики высокотемпературной плазмы Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Владимир Минаев.

Последняя технология применяется в проекте ИТЭР. Это беспрецедентно большой международный экспериментальный термоядерный реактор, который возводят на юге Франции. На нем будут отрабатывать подходы к созданию первой коммерческой энергетической установки. Предполагается, что ИТЭР сможет удерживать плазму почти час.

Любопытно что, при конструировании ИТЭРа ученые не до конца знали, как себя ведет плазма, и каким оптимально должен быть новый реактор. Проект основан на компьютерных расчетах, их проводят на самых мощных суперкомпьютерах планеты. Европейские специалисты написали программу, которая в соответствии с последними достижениями науки оценивает состояние плазмы и прогнозирует ее взаимодействие со стенками токамака. Софт постоянно совершенствуется, даже после того, как проект ИТЭР был утвержден. 

В 1998 году к расчетам присоединились физики петербургского Политеха. Они научились делать их наиболее точно и отредактировали программный код. Однако последняя находка политехников чуть было не поставила под вопрос саму целесообразность строительства ИТЭРа. Ученые обнаружили новый тип тока, который образуется в пристеночном слое плазмы.

«ИТЕР проектировался, на самом деле, без учета полей и токов. Какой-то более старой версией этой программы. Мы потратили года три, чтобы пересчитать какие-то ключевые разряды этой базы данных уже с новой физикой. И действительно было опасение, что вот мы сейчас пересчитаем и все изменится. Может катастрофически измениться», — пояснил доцент высшей инженерно-физической школы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Илья Сениченков.

Сегодня расчеты по проекту ИТЭР ведутся в Политехническом университете на одном из лучших суперкомпьютеров мира. А с неизученным явлением петербургские физики стали экспериментировать на токамаках в Физтехе имени А.Ф. Иоффе и в Институте физики плазмы имени Макса Планка в Германии. 

Влияние исследуемых процессов оказалось велико, но ИТЭР, разработанный при участии петербургских политехников, сконструирован так, что и это неизвестное ранее физическое явление не помешает эксплуатации. Специалисты говорят о большой удаче и чуткой интуиции петербургских ученых.

 
 

Об этом написал телевизионный новостной канал Санкт-Петербург