Стеллараторы круче токамаков

… в глазах СМИ. После статьи в ScienceMag про Wendelstein 7-X, от него сложно стало отбиться — в каждом утюге по модному немецкому стелларатору.  Ну, выглядит, он конечно, космически.

Фотография Wendelstein 7-X от Christian Lunig, а вот его же фотографии со стройки ИТЭР. А вот моя небольшая подборочка фотографий W 7-X

Но мало кто отдает себе отчет, что эта установка будет очень далека от достижений токамаков 90х годов, не говоря уже об потенциале ИТЭР, по параметрам плазмы. Как известно, для термоядерной реакции важно тройное произведение — концентрация на температуру на время удержания (т.е. скорость утекания тепла) — n*T*tau. Стеллараторы имеют плохие значения tau и T при довольно неплохих — концентрации, конкретно речь идет об n = 10^20 частиц на кубометр, T = 4 кЭв, Tau — 1 секунда. Для сравнения, ИТЭР — 2*10^20, 15 кЭв, tau = 10...30 секунд. Сложная конфигурация плазмы стеллараторов ухудшает ее теплоизоляцию, а это первейшая забота всех разработчиков термоядерных реакторов.

Планируемые режимы работы немецкого стелларатора. Мегаваты здесь — мощность подогрева, определяющая режимы работы.

В итоге, на первой стадии работы, до 2019 года, W 7-x будет сравним с токамаками 80х, только плазму он будет удерживать гораздо, гораздо дольше. Даже если бы этот стелларатор был рассчитан на работу с тритием, мощность термодерной реакции не поднялась бы выше одного мегаватта, что заметно меньше параметров, которые достигнуты на токамаках JET (где мощность термоядерной реакции составила 70% от мощности подогрева) и JT-60U (где теоретическая термоядерная мощность была бы 110% от подогрева). Напомню, что для ИТЭР планируется как минимум 10 кратное превышение Pfus над Pth.
Конфигурация плазмы и расположение островков дивертора в немецком стеллараторе

Кстати, одним из неприятных аспектов плохой термоизоляции плазмы сложной кофигурации, которая нужна стеллараторам для работы является перегрев конструкции. В термоядерных реакторах с 70-х годов используется концепция дивертора — устройства, на которое отводится часть плазмы, охлаждается и отсасывается насосами — так поддеживается ее чистота и канализируется отвод тепла. Так вот, для стеллараторов даже такого относительно небольшого масштаба, как W 7-X на дивертор стекает слишком много энергии, а подвод охлаждения к нему является сложнейшей инженерной проблемой. На данный момент длительность работы Wendelstein 7-X определяется именно неохлаждаемым дивертором — больше 10 секунд он не выдерживает. Обеспечить его охлаждение планируется на следующем апгрейде.

Трассировка кабелей и тубок по элементам стелларатора

Так что же толкает ученых вкладываться в концепцию стеллаторов (а немецкий аппарат обошелся налогоплатильщикам Европы в 1,1 млрд. евро)? Прежде всего тот факт, что в каких-то аспектах стеллараторы ближе к промышленным реакторам, чем токамаки. Главное — это возможность непрерывной работы без каких-то сложностей. Токамаки высоких параметров же сегодня умеют работать только в индуктивном режиме, который принципиально импульсный. Разработка токамаков постоянного действия — задача будущего. Другим преимуществом стеллараторов можно назвать практическое отсутсвие срывов плазмы, событий, крайне сильно влиющих на дизайн элементов токамаков. Ну и наконец, как мне кажется, страховка от риска, что возня с токамаками окончится ничем (что в общем можно ожидать, пытаясь представить эксплуатацию ИТЭР как электростанции).

Что ж, скорее всего еще до конца года мы увидим первые плазменные запуски немецкого стеллараторного монстра, и пожелаем удачи этому направлению.

Автор: tnenergy

Источник