12
Благодаря национальному проекту «Наука и университеты» сибирские ученые создали уникальную установку для изучения физики плазмы
В рамках реализации национального проекта многие научные институты СО РАН, и в том числе Институт ядерной физики, получили средства на обновление приборной базы. Это дало возможность ученым заняться исследованиями, которые, возможно, в будущем принесут человечеству новый источник энергии. Вместе с миннауки Новосибирской области продолжаем рассказывать о реализации отраслевого нацпроекта в регионе.
Сегодня весь мир всерьез озабочен поиском новых источников энергии, которые, с одной стороны, были бы возобновляемыми, а с другой, не загрязняли окружающую среду. К сожалению, универсального решения пока не найдено.
«Идем туда, где никто не был»
По словам старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Владимира Поступаева, сегодня ученые всего мира ищут возможность управлять термоядерными реакциями. Сама по себе идея не нова, система «Токамак», которая представляет собой тороидальную установку для магнитного удержания плазмы, была придумана еще во времена Советского Союза. Сегодня ученые Института ядерной физики продолжают исследование плазмы.
— Правительство Новосибирской области совместно с Российским фондом фундаментальных исследований осуществляет грантовую поддержку подобных разработок. Два таких гранта мы выиграли, кроме того, у нас есть грант от Российского научного фонда, — рассказал Владимир Поступаев. — Установка, на которой мы сегодня работаем, носит название ГОЛ-NB. Она объединяет в себе центральную газодинамическую ловушку и секции с многопробочным магнитным полем, гофрированная форма которого существенно замедляет плазменный поток, в результате чего уменьшаются его потери. Подобная технология может быть использована для создания термоядерного реактора. По сути, мы идем в ту область, где раньше никто не был.
Как рассказал Владимир Поступаев, создание единственной на данный момент в мире гофрированной ловушки для плазмы стало возможным благодаря двум крупным грантам, выигранным учеными ИЯФ в 2014 году. Финансовая поддержка дала возможность приобрести оборудование, стоящее десятки миллионов рублей. И сегодня исследователи регулярно подают заявки на обновление приборной базы в рамках реализации нацпроекта «Наука и университеты», что дает им возможность продолжать работу.
— Плазма представляет собой водород, нагретый до очень высоких температур — настолько, что его атомы распадаются и остаются элементарные «кирпичики» — ядро, протон и электрон. В то же время плазма является совокупностью большого числа заряженных частиц, которые при воздействии температуры начинают двигаться с огромными скоростями, — рассказал Владимир Поступаев. — Подобный объект не может существовать продолжительное время, поэтому для его поддержания используется магнитное поле, позволяющее замедлить частицы, стабилизировать температуру, необходимую для проведения термоядерной реакции. Однако необходимо также каким-то образом удержать горячую плазму в магнитном поле. Для этого мы разработали установку ГОЛ-NB — гофрированную открытую ловушку, в которой магнитное поле принимает многопробочную форму, за счет чего, в теории, должны уменьшиться потери плазмы. Идея очень простая, но за годы проведения термоядерных исследований ее надежность никто так и не проверил экспериментально. Созданная нами установка — первая и пока единственная в своем роде система, при помощи которой мы надеемся получить необходимые практические результаты.
Аналогов в стране нет
Еще одна перспективная разработка ученых Института ядерной физики — высоковольтный инжектор с энергией до одного миллиона электронвольт для нагрева плазмы в магнитных ловушках. Как рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Санин, установка предназначена для генерации мощных пучков отрицательных ионов водорода, которые должны нагревать плазму в термоядерных установках.
— Сначала получается пучок с энергией примерно от 500 килоэлектронвольт до одного мегаэлектронвольта. Потом этот пучок путем нейтрализации преобразуется в пучок нейтральных атомов такой же высокой энергии, и далее эти нейтральные атомы через магнитное поле попадают в плазму, где они снова превращаются в ионы. Таким образом они оставляют свою энергию в плазме, — пояснил Андрей Санин. — На нашей установке мы сегодня получаем пучки с током до одного ампера и с энергией до 230 килоэлектронвольт. Планируем получить пучок с энергией один мегаэлектронвольт и током 1,3 ампера. То есть мы плавно наращиваем мощность пучка и достигли очень хороших результатов.
Особенность данной технологии в том, что энергия доставляется прямо в плазму. В нашей стране пока еще нет высоковольтных инжекторов такого масштаба. Строительство аналогичной установки запланировано в рамках проекта ITER, или международного термоядерного реактора, реализация которого стартовала в 2007 году.
Теория и практика
Институт ядерной физики имени Будкера сегодня принимает активное участие в различных международных исследованиях. Например, на знаменитом электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 сегодня проводятся работы по измерению аномального магнитного момента мюона.
— В коллайдере летают два небольших сгустка, состоящих из электронов и позитронов, которые время от времени сталкиваются. Часть из них аннигилирует, рождаются новые частицы, и мы изучаем их, — рассказал заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Иван Логашенко. — Все процессы в микромире происходят случайным образом, и, чтобы точно измерить какие-то параметры, надо набирать статистику. Эти фундаментальные исследования направлены на понимание, как работают законы природы на самых маленьких расстояниях и самых больших энергиях. И есть отдельная задача, очень интересная — измерение аномального магнитного момента мюона. Мюон — это аналог электрона, который тяжелее его в двести раз. Если теоретические выкладки и результаты эксперимента совпадут, значит, мир устроен так, как мы это себе сегодня представляем.
КОММЕНТАРИЙ
Владимир Поступаев, старший научный сотрудник ИЯФ:
— Наши исследования в конечном итоге дают путь к обретению Россией независимости от внешних факторов. Это большой и сложный путь, и, чтобы его пройти, потребуется не один год. Но термоядерная энергетика открывает перед человечеством огромные возможности. Каждый день нам говорят о стоимости барреля нефти, которая вносит большой вклад в доход нашего государства. Но запасы природных ископаемых не бесконечны, и технология, которая даст возможность диверсифицировать отечественную энергетику, очень важна. Сначала энергия, получаемая на термоядерных установках, будет несколько дороже, чем та, которую сегодня вырабатывают тепловые угольные электростанции. Но мы видим, что сегодня многие страны фактически вводят запрет на ископаемое топливо, равно как и на атомную энергетику. Да, сегодня есть современная и широко распространенная солнечная и ветровая энергетика, но подобные системы не обладают стопроцентной надежностью. Соответственно, необходимо разработать для базовой генерации стопроцентно надежный работающий источник энергии, который мог бы подстраховать другие отрасли, например, когда идет дождь или нет ветра.
