Холодная термоядерная реакция: чудо, которое случается — Naked Science

Проект Google не смог обнаружить холодный ядерный синтез

Энергетика
Физика
Научные закрытия

20:25
29 Май 2019

Сложность
3.3

Облучение палладиевого провода потоками ионов дейтерия

C. Berlinguette et al. / Nature, 2019

Компания Google
опубликовала результаты работы проекта, в рамках которого несколько научных групп
пытались воспроизвести опыты по холодному ядерному синтезу.
Исследователям не удалось выявить избыточного выделения энергии, что в
очередной раз опровергает доводы сторонников реальности этого эффекта. Тем не
менее, авторы не считают свою работу бесполезной: в процессе появились полезные технические новинки и было сделано несколько открытий в материаловедении, которые могут пригодиться, например, в водородной энергетике, пишут они в журнале Nature.

Холодный синтез (cold fusion), который также называют низкоэнергетическими ядерными реакциями
(Low-Energy Nuclear Reactions, LENR) — это гипотетический тип ядерных
превращений при температуре, близкой к комнатной, в отличие от «горячего» синтеза, который протекает в
недрах звезд и при взрыве термоядерной бомбы при высоких давлениях и
температурах в миллионы кельвинов.

Современная физика не
допускает возможности холодного термояда, так как при умеренных температурах
кинетической энергии ядер недостаточно для преодоления кулоновского
отталкивания из-за одинаковых зарядов, а синтез, то есть слияние легких ядер с
превращением в более тяжелые, может протекать только при контакте частиц.
Однако в 1989 году вышло ставшее резонансным исследование химиков Мартина
Флейшмана и Стенли Понса, которые утверждали, что им удалось обнаружить выделение избыточной энергии при
электролизе тяжелой воды на поверхности палладиевого электрода. Авторы заявляли, что в их экспериментах идет превращение дейтерия в тритий или гелий, но абсолютное большинство попыток повторить их эксперимент не дали результата. Научное сообщество пришло к выводу об ошибочности исходных результатов.

С тех пор появлялось
множество сообщений об аналогичных эффектах в разнообразных системах, в том
числе живых, но они либо были признаны научным сообществом недостоверными,
либо проводились без достаточной строгости для проверки наличия эффекта. Эта
ситуация вынесла исследования холодного термояда за пределы науки, и этой областью теперь в основном занимаются любители, а не
профессиональные ученые.

Однако потенциальные
достоинства таких ядерных превращений несомненны, и в 2015 году компания Google запустила проект, в рамках которого около
30 ученых из нескольких лабораторий пытались повторить отвергнутые наукой
результаты с использованием современных технологий. На инициативу было выделено
10 миллионов долларов.

В статье, опубликованной в Nature, описываются текущие результаты работы и описываются перспективы их продолжения.
Задачей ученых было проведение тщательно спланированных опытов и экспериментальных
протоколов, которые установят четкие ограничения на возможный диапазон
параметров, при которых могло бы протекать холодное слияние. Если же ученым удалось бы его
зафиксировать, то они должны были сформулировать определяющий эксперимент, который
смогут повторить исследователи из других групп и убедиться в наличии феномена.

Ученые пытались
реализовать три предложенные ранее схемы. Первая предполагает включение в палладиевый
объект больших количеств дейтерия, которых предположительно должно хватить для
запуска реакций. Однако при высоких концентрациях исследователям не удалось
получить стабильных образцов. Второй эксперимент был попыткой повторения опытов
по бомбардировке палладия импульсами горячих ионов дейтерия, в результате
которых якобы получается тритий. Третий вариант предполагал нагрев
металлических порошков в обогащенной водородом среде.

Схема одного из экспериментов

Curtis P. Berlinguette et al. / Nature

Поделиться

Авторам во всех случаях не удалось найти
каких-либо свидетельств протекания холодной термоядерной реакции, но они осторожны в формулировках и
не утверждают, что полностью исключили их возможность. В
частности, им не удалось по всем параметрам приблизиться к условиям, которые
называют наиболее благоприятными для протекания подобных реакций. Оба эксперимента
с палладием требуют дополнительной работы: есть надежда на создание образцов с
высокой концентрацией дейтерия, а опыты с тритием могут вызывать слишком слабый
для регистрации эффект.

В любом случае проект
нельзя назвать провальным, считают авторы. В частности, по их заявлениям они
создали «лучший в мире калориметр», который использовали для регистрации
выделений малейших количеств энергии в непростых экспериментальных условиях.
Ученые собираются продолжить исследования в этом направлении. В частности, они
хотят создать специфические фазовые состояния смесей элементов, которые раньше
никто не получал.

«Обычный» термоядерный синтез остается активной областью академических исследований. В частности, в России завершается подготовка эксперимента по лазерному запуску реакций с рекордной мощностью импульса. Про разнообразие существующих систем удержания плазмы мы писали в блоге «Больше токамаков», а о проектах частных компаний — в материале «Это будет бомба».

Тимур Кешелава

Холодный ядерный синтез | это… Что такое Холодный ядерный синтез?

Холодный ядерный синтез — предполагаемая возможность осуществления ядерной реакции синтеза в химических (атомно-молекулярных) системах без значительного нагрева рабочего вещества. Известные ядерные реакции синтеза проходят при температурах в миллионы кельвинов.

В зарубежной литературе известен также под названиями:

1. низкоэнергетические ядерные реакции (LENR, low-energy nuclear reactions)
2. химически ассистируемые (индуцируемые) ядерные реакции (CANR)

Множество сообщений и обширные базы данных об удачном осуществлении эксперимента впоследствии оказывались либо «газетными утками», либо результатом некорректно поставленных экспериментов. Ведущие лаборатории мира не смогли повторить ни один подобный эксперимент, а если и повторяли, то выяснялось, что авторы эксперимента, как узкие специалисты, неверно трактовали полученный результат или вообще неправильно ставили опыт, не проводили необходимых замеров и т. д. Так же существует версия, что всяческое развитие данного направления намеренно саботируется тайным мировым правительством. Так как ХЯС решит проблему ограниченности ресурсов, и уничтожит многие рычаги экономического давления. ^[1][2][3][4]

История возникновения ХЯС

Предположение о возможности холодного ядерного синтеза (ХЯС) до сих пор не нашло подтверждения и является предметом постоянных спекуляций, однако эта область науки до сих пор активно изучается.

ХЯС в клетках живого организма

Наиболее известны работы по «трансмутации» Луи Керврана (англ.), опубликованные в 1935, 1955 и 1975 годах^[5]. Однако позже выяснилось, что Луи Керврана на самом деле не существовало (возможно, это был псевдоним), а результаты его работ не подтвердились^[6]. Многие считают саму личность Луи Керврана и некоторые из его работ первоапрельской шуткой французских физиков^[6]. В 2003 году была опубликована книга^[7] Владимира Ивановича Высоцкого^[8], заведующего кафедры математики и теоретической радиофизики Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, в которой утверждается, что найдены новые подтверждения «биологической трансмутации».

ХЯС в электролитической ячейке

Сообщение химиков Мартина Флейшмана и Стенли Понса о ХЯС — превращении дейтерия в тритий или гелий в условиях электролиза на палладиевом электроде, появившееся в марте 1989 года, наделало много шума, но также не нашло подтверждения, несмотря на многократные проверки.

Экспериментальные подробности

Опыты по холодному ядерному синтезу обычно включают в себя:

• катализатор, такой как никель или палладий, в виде тонких пленок, порошка или губки;
• «рабочее тело», содержащее тритий и/или дейтерий и/или водород в жидком, газообразном или плазменном состоянии;
• «возбуждение» ядерных превращений изотопов водорода «накачкой» «рабочего тела» энергией — посредством нагревания, механического давления, воздействием лазерного луча(ей), акустических волн, электромагнитного поля или электрического тока.

Достаточно популярная экспериментальная установка камеры холодного синтеза состоит из палладиевых электродов, погружённых в электролит, содержащий тяжелую или сверхтяжёлую воду. Камеры для электролиза могут быть открытыми или закрытыми. В системах открытых камер газообразные продукты электролиза покидают рабочий объём, что затрудняет калькуляцию баланса полученной/затраченной энергии. В экспериментах с закрытыми камерами продукты электролиза утилизируются, например, путем каталитической рекомбинации в специальных частях системы. Экспериментаторы, в основном, стремятся обеспечить устойчивое выделение тепла непрерывной подачей электролита. Проводятся также опыты типа «тепло после смерти», в которых избыточное (за счёт предполагаемого ядерного синтеза) выделение энергии контролируется после отключения тока.

Холодный ядерный синтез — третья попытка

После неудач в 1989 году и фальсификации результатов^[9] в 2002 «холодный термояд» прочно зарекомендовал себя как псевдонаука. Однако с 2008 года, после публичной демонстрации эксперимента с электрохимической ячейкой Ёсиаки Аратой (англ.)русск. из Осакского университета о холодном ядерном синтезе заговорили снова.^[10] Однако большинство химиков и физиков пытаются найти альтернативное (не ядерное) объяснение явления, тем более что информации о нейтронном излучении не поступало. Например, свойствами кристаллической решётки палладия^[10].

ХЯС в Болонском университете

В январе 2011 года Андреа Росси (Болонья, Италия) испытал опытную установку ХЯС на превращении никеля в медь при участии водорода, а 28.10.2011 им была продемонстрирована для журналистов известных СМИ и заказчика из США промышленная установка на 1 МВт.

Международные конференции по ХЯС

1. ICCF-1 Солт Лейк Сити, 1990
2. ICCF-2 Комо, 1991
3. ICCF-3 Нагоя, 1992
4. ICCF-4 Гавайи, 1993
5. ICCF-5 Монте Карло, 1995
6. ICCF-6 Саппоро, 1996
7. ICCF-7 Ванкувер, 1998
8. ICCF-8 Леричи, 2000
9. ICCF-9 Пекин, 2002
10. ICCF-10 Кембридж (USA), 2003
11. ICCF-11 Марсель,^[11] 2004
12. ICCF-12 Иокогама,^[12] 2005
13. ICCF-13 Дагомыс,^[13] 2007
14. ICCF-14 Вашингтон,^[14] 2008
15. ICCF-15 Рим, 2009^[15]
16. ICCF-16 Ченнай, Индия, 2011^[16]

См.

также

• Мюонный катализ
• Катализатор энергии Росси

Примечания

1. ↑ Physicists Debunk Claim Of a New Kind of Fusion
2. ↑ U.S. Will Give Cold Fusion Second Look, After 15 Years — NYTimes.com
3. ↑ Cold Fusion: The Ghost of Free Energy | GroundReport
4. ↑ Холодный синтез: миф и реальность
5. ↑ C.L.Kervran, Preuves en Biologie de Transmutations a Faible Energie, Paris: Maloine, 1975.
6. ↑ ^{1 2} В. Жвирблис, Биологическая трансмутация: факты, фантастика, теория, «Химия и жизнь», 1977, № 2.
7. ↑ Высоцкий В. И., Корнилова А. А., Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах. — М.: Мир, 2003, 302 с., ISBN 5-03-003647-4
8. ↑ Высоцкий Владимир Иванович
9. ↑ Холодный ядерный синтез. О событиях 1989 года
10. ↑ ^{1 2} Японский физик заявил о проведенной реакции холодного ядерного синтеза, «Известия», 28. 05.2008.
11. ↑ ICCF-11
12. ↑ ICCF-12
13. ↑ ICCF-13
14. ↑ ICCF-14 Washington
15. ↑ ICCF-15 Roma
16. ↑ ICCF-16 Chennai

Ссылки

• В. А. Царев, Низкотемпературный ядерный синтез, «Успехи физических наук», ноябрь 1990.
• Кузьмин Р.Н., Швилкин Б.Н. Холодный ядерный синтез. — 2-е изд. — М.: Знание, 1989. — 64 с.
• документальный фильм про историю развития технологии холодного ядерного синтеза
• Холодный ядерный синтез — научная сенсация или фарс?, Membrana, 07.03.2002.
• Холодный термоядерный синтез — всё-таки фарс, Membrana, 22.07.2002.
• Реактор синтеза на ладони гоняет дейтроны в гриву, Membrana, 28.04.2005.
• Проведён обнадёживающий опыт по холодному ядерному синтезу, Membrana, 28.05.2008.
• Directory «Cold_Fusion» at Pure Energy Systems Wiki.
• Итальянские физики собираются продемонстрировать готовый реактор на холодном ядерном синтезе, Око планеты, 14. 01.2011.
• Холодный термояд заработал? Новости науки, 14.01.2011.
• Холодный термояд реализован на Аппенинах. Итальянцы предъявили миру действующий реактор на холодном синтезе. «Независимая газета», 17.01.2011.
• Впереди — энергетический рай? «Ноосфера», 10.08.2011.(недоступная ссылка)
• Великая Октябрьская Энергетическая Революция. «Membrana.ru», 29.10.2011.

Реакция ядра. Возможен ли искусственный синтез драгоценных металлов? | Наука | Общество

В XX веке в высокоэнергетическом ядерном реакторе, в результате бомбардировки ртути медленными нейтронами было получено немного золота. Но цена его была в сотни раз выше рыночной. Таким образом и сейчас получают ряд особо ценных изотопов химических элементов. Но идею массового синтеза золота или других драгоценных металлов сочли коммерчески бесперспективной.

Холодный синтез

Однако несколько десятилетий назад различные исследователи один за другим стали приходить к выводу о существовании низкоэнергетической ядерной реакции, которая протекает по другим принципам, нежели известные тогда науке высокоэнергетические, «горячие» ядерные процессы. Сегодня эти реакции называют по-разному: холодная трансмутация ядер (ХТЯ), холодный ядерный синтез, LENR (Low-Energy Nuclear Reactions — низкоэнергетические ядерные реакции).

В 1962 году французский ученый Луи Кервран написал книгу «Биологическая трансмутация» («Biological Transmutations»), а затем — «Биологические трансмутации и их применение» («Biological Transmutations & Their Applications»).

Он опирался на свои опыты с биотрансмутацией, которые начал в шестидесятых годах XX века. Кервран обнаружил, что при недостатке кальция в организме уток, несущих яйца, происходит синтез недостающего элемента. Кервран обосновывал это тем, что ферменты могут способствовать биохимическим превращениям, используя слабую ядерную силу. Он назвал это «нейтральными течениями». Тогда ещё не было терминов, обозначающих низкоэнергетические ядерные реакции. Опыты Керврана повторил и подтвердил Вильям Праут из Германии.

Явления трансмутации, обнаруженные в природе, послужили вдохновением и для других исследователей. В 1989 году профессор электрохимии Мартин Флейшман со своим напарником Понсом обнаружили ранее неизвестную ядерную реакцию, сопровождающуюся выделением избыточной энергии. Впоследствии этот эксперимент был повторен рядом исследователей, среди которых — директор Энергетического исследовательского центра Стэнфордского исследовательского института США (Energy Research Center SRI International, Menlo Park, California, USA) Майкл К. Х. МакКубр. Он представил свои результаты на X Международной конференции по холодному синтезу (ICCF-10) 25 августа 2003 года. Также эксперимент был подтвержден итальянской группой ученых.

Поспешная критика

Однако люди, контролирующие научную администрацию, встретили данные об эксперименте в штыки. Началась скоординированная и ожесточенная кампания против исследователей холодного ядерного синтеза.

Сергей Цветков, журналист, изучивший эту ситуацию, замечает, что для дискредитации Флейшмана и Понса не гнушались прямой фальсификацией. Через месяц (это важно) после эксперимента Флейшмана и Понса публично было заявлено, что попытки повторить опыт в лаборатории Массачусетского университета были безрезультатны. Отсюда делался безапелляционный вывод, что холодного синтеза нет. Обман был в том, что ядерная реакция холодного синтеза, сопровождавшаяся тепловыделением, у Флейшмана и Понса наблюдалась только на 66 сутки после начала эксперимента.

Выходит, критики за несколько дней сделали вывод о процессе, который начинается только через 2 месяца. 

Цветков пишет на этот счет:

«Холодный синтез не лженаука. Ярлык лженаучности придуман для защиты зашедших в тупик и боящихся ответственности „термоядерщиков“ и „больших коллайдерщиков“, превративших современную физику в доходный бизнес для узкого круга лиц, которые только называют себя учёными».

Как писал в своем блоге легендарный ведущий Русской службы BBC Сева Новгородцев, Мартина Флейшмана позже иногда вспоминали, брали интервью, спрашивали, не идет ли он против законов физики. «Газета New York Times, — с сухой полуулыбкой ответил Флейшман, — перед полетом братьев Райт писала, что машина тяжелее воздуха летать по воздуху не может по определению».

На новом уровне

Однако, несмотря на ожесточенное сопротивление администраторов от науки, холодная трансмутация ядер получала распространение. Появились и теоретические работы, объясняющие процессы ХТЯ. В России этим 30 лет занимается кандидат физико-математических наук Ю. Н. Бажутов, совместно с профессором Григорием Моисеевичем Верешковым выдвинувший в девяностые годы эрзион-каталитическую модель реакции холодного синтеза.

С девяностых годов по настоящее время появляются фундаментальные работы глубокого российского минеролога, кандидата геолого-минералогических наук В. А. Кривицкого, который доказал в своих работах, что элементообразование на Земле происходило в результате холодной трансмутации химических элементов.

Согласно выводам В. А. Кривицкого, в недрах Земли происходит холодная трансмутация элементов: превращение одних элементов в другие в результате ХТЯ. По его мнению, особенности ряда месторождений, включая золото и платиновые металлы, ярко демонстрируют, что они представляют собой результат трансмутации элементов, происходящей в природных объектах.

14 января 2011 года в Болонье итальянский бизнесмен и исследователь Андреа Росси продемонстрировал LENR-генератор, вырабатывающий электроэнергию, разработанный совместно с профессором Фоккарди. Научная администрация организовала публичную критику идей Андреа Росси. Но демонстрации работы установки перед специалистами не оставили сомнений, что процесс идет с выработкой дополнительной энергии. Более того, секрет работы генератора из-за неосторожности Андреа Росси был разгадан рядом исследователей и успешно ими воспроизведен с выработкой избыточной тепловой энергии, получаемой в результате холодных ядерных реакций. Таких групп, которые воспроизвели модель Андреа Росси, в мире насчитывается порядка 8. В России принцип установки был воспроизведен кандидатом физико-математических наук Александром Пархомовым. Установка была им продемонстрирована перед специалистами во Всероссийском научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций 27 января 2015 года. Эта установка произвела энергии в 2,5 раза больше, чем потребила, что безусловно было следствием протекания LENR реакции.

Фото: НИЦ «Синтезтех»

В 2013 году Андреа Росси был приглашен в США и там создал коммерческую установку для генерации энергии мощностью 1000 кВт, которую сейчас предлагает клиентам его фирма. По некоторым данным, ряд действующих установок проданы армии США для обеспечения электроэнергией удаленных объектов.

Синтез платины

В то же время процесс освоения холодной трансмутации стал набирать обороты. Как в области получения энергии, так и в области искусственного синтеза химических элементов. Различные группы, в том числе крупные компании, не обращая внимание на возражения администраторов от науки, приступили к активным исследованиям ХТЯ. И здесь уже немало успехов. Компания MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES LTD, её исследовательская группа под руководством Ясухиро Ивамуры, двигалась в направлении синтеза химических элементов методом холодной трансмутации ядер.

В результате группой Ивамуры был разработан способ, позволивший синтезировать платину и другие элементы методом холодной трансмутации, на что был получен патент в 2014 году (№ EP1202290).

К сожалению, продуктивность метода Ивамуры очень невелика. Хотя важен сам факт создания таких установок.

В США по теме холодной трансмутации ядер также плотно работают. Свидетельством серьёзного интереса в госструктурах США является патент на «Методы и устройство стимулирования ядерных реакций» WO 2017 155520 A1, полученный космическим ведомством NASA в 2017 году. Все приведенные примеры — лишь часть того, что достигнуто в мире в области освоения холодной трансмутации. Например, плазменный вихревой реактор на низкоэнергетических ядерных реакциях Анатолия Климова, в котором достигнута семикратная избыточная энергия.

Соответственно, сегодня стало достаточно очевидно, что освоение холодных ядерных реакций — это основа будущего прогресса. Оно дает возможность как получения дешёвой энергии, так и синтеза ценных элементов.

Российские разработки

Самые серьёзные успехи демонстрирует проект «Синтезтех», основанный Владиславом Карабановым. Согласно имеющимся данным, проведена очень глубокая исследовательская работа. В первую очередь — с целью получить ценные элементы. И, согласно этим же данным, в результате экспериментов методом холодной трансмутации ядер химических элементов из матрицы, состоящей из малоценных элементов, получены элементы платиновой группы. Главное, как сообщает «Синтезтех», это обнаруженные ключевые особенности запуска процесса холодной трансмутации. Эти ключи и разрабатываемое ноу-хау предполагают низкую себестоимость процесса. При создании на этой базе промышленной технологии, по данным «Синтезтеха», это должно дать возможность синтезировать платиновые металлы значительно ниже по стоимости, чем современная добыча. А сегодняшняя экономика испытывает их острый дефицит, так как платиновые металлы широко используются в промышленности, электронике, медицине. 

Особенностью проекта «Синтезтех» является заявленный отказ от работ над теоретическим обоснованием ХТЯ и намерение заниматься чисто практическими задачами. Хотя в то же время нужно отметить, что советниками проекта являются уже упомянутые выше видные теоретики и практики холодной трансмутации: Бажутов Ю. Н. и Кривицкий В. А.

Тем не менее, при том, что декларируется отказ от теоретического обоснования процесса, хочется привести высказывание руководителя проекта Владислава Карабанова относительно принципов реакции ХТЯ.

«Как правило, противники холодной трансмутации приводят в качестве довода кулоновский барьер, который невозможно преодолеть, не приложив огромных усилий. Приведу пример: попасть в дом через стену вы тоже не сможете, не сломав её и не приложив массу энергии. В реальности вы ведь не входите в дом через стену, а входите через дверь, используя её и ключ к ней. Так и с холодным синтезом: чтобы его осуществить, обойдя кулоновский барьер, стену, нужно понимать, где дверь и какой нужен ключ. И эти двери уже найдены».

Хотелось бы добавить, что «Синтезтех» — полностью частный проект. Сегодня, как известно, он выходит на инвестиционную программу с целью получить средства для создания необходимой лаборатории и перевода технологии на промышленный уровень. Причем нужно заметить, что это делается также с применением самой инновационной технологии блокчейн.

В случае реализации проекта (а это, судя по всему, имеет высокую вероятность) мы получим ещё один глобальный инновационный прорыв. И тогда не только его инвесторы будут иметь шанс получить доход, его получит вся экономика, все общество.

Официальный сайт и блог «НИЦ Синтезтех», где можно узнать подробнее о проекте — https://synthestech.com/ru

На правах рекламы

Изучение обучения с подкреплением для управления реакциями ядерного синтеза — Новости

08 сентября 2022 г.

Студент Школы компьютерных наук Университета Карнеги-Меллона (SCS) использовал обучение с подкреплением, чтобы помочь контролировать реакции ядерного синтеза, что является важным шагом на пути к использованию огромная мощность, производимая ядерным синтезом как источником чистой, обильной энергии.

Ян Чар, докторант кафедры машинного обучения, использовал обучение с подкреплением для управления водородной плазмой токамака в Национальном термоядерном центре DIII-D в Сан-Диего. Он был первым исследователем CMU, который провел эксперимент на востребованных машинах, первым, кто использовал обучение с подкреплением, чтобы повлиять на вращение плазмы токамака, и первым, кто попробовал обучение с подкреплением на крупнейшем действующем токамаке в Соединенных Штатах. . Чар сотрудничал с Принстонской лабораторией физики плазмы (PPPL) в работе.

«Обучение с подкреплением повлияло на давление плазмы и ее вращение», — сказал Чар. «И это действительно наш большой первый здесь».

Ян Чар работает в диспетчерской Национального центра синтеза DIII-D. (Фото предоставлено Джеффом Шнайдером)

Ядерный синтез происходит, когда ядра водорода сталкиваются или сливаются друг с другом. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии, но его по-прежнему сложно поддерживать на уровне, необходимом для подачи электроэнергии в сеть. Ядра водорода будут сливаться только при чрезвычайно высоких температурах и давлениях, например, в центре Солнца, где ядерный синтез происходит естественным образом. Физики также добились ядерного синтеза в термоядерном оружии, но оно бесполезно в качестве источника энергии.

В другом методе ядерного синтеза используются магнитные поля для удержания плазмы водорода при необходимой температуре и давлении для синтеза ядер. Этот процесс происходит внутри токамака — массивной машины, которая использует магнитные поля для удержания водородной плазмы в форме пончика, называемого тором. Сдерживание плазмы и поддержание ее формы требуют сотен микроманипуляций с магнитными полями и взрывов дополнительных частиц водорода.

В мире работает несколько крупномасштабных токамаков, которые могут способствовать такого рода исследованиям, и время для проведения на них экспериментов является желанным. Национальный термоядерный комплекс DIII-D — единственный, действующий в США.

DeepMind, дочерняя компания Alphabet, материнской компании Google, занимающаяся искусственным интеллектом, первой применила обучение с подкреплением для управления магнитным полем, содержащим реакцию термоядерного синтеза. Лаборатория успешно удерживала плазму в стабильном состоянии и придавала ей различные формы. DeepMind провела свой эксперимент на токамаке переменной конфигурации (TCV) в Лозанне, Швейцария, и опубликовала свои результаты в феврале в журнале Nature.

Чар был первым, кто провел аналогичный эксперимент по обучению с подкреплением в DIII-D. Обучение с подкреплением использует данные прошлых попыток для достижения оптимального результата. Во время эксперимента Чара алгоритмы обучения с подкреплением изучали исторические данные и данные в реальном времени, чтобы варьировать и контролировать скорость вращения плазмы в поисках оптимальной стабильности.

Плазменный пончик вращается, когда в него выстреливают дополнительные частицы водорода. Изменение скорости этих частиц потенциально может стабилизировать плазму и облегчить ее сдерживание. Чар использовал два алгоритма обучения для своего эксперимента. В одном он использовал данные токамака, собранные за несколько лет, чтобы обучить его тому, как реагирует плазма. Второй алгоритм наблюдает за состоянием плазмы, а затем решает, с какой скоростью и в каком направлении вбрасывать дополнительные частицы, чтобы повлиять на ее скорость.

«Краткосрочная цель состоит в том, чтобы дать физикам инструменты для создания этого дифференциального вращения, чтобы они могли проводить эксперименты, чтобы сделать эту плазму более стабильной», — сказал Джефф Шнайдер, профессор-исследователь Института робототехники и доктор философии Чара. . советник. «В долгосрочной перспективе эта работа показывает путь к использованию обучения с подкреплением для управления другими частями состояния плазмы и, в конечном итоге, для достижения температур и давлений, достаточных для создания электростанции. Это будет означать безграничную чистую энергию для всех».

В прошлом году Чар представил проект DIII-D, который является пользовательским центром Министерства энергетики США, управляемым General Atomics, и 28 июня ему был предоставлен трехчасовой интервал для запуска его алгоритмов. комнате массивного объекта DIII-D и в окружении операторов Чар загрузил свои алгоритмы.

Чар продемонстрировал, что его алгоритмы могут контролировать скорость вращения плазмы. Это был первый случай, когда обучение с подкреплением использовалось для управления вращением. Во время сеанса контроля возникли некоторые проблемы, и требуется дополнительное тестирование. Чар вернулся в DIII-D в конце августа, чтобы продолжить свою работу.

«Иан продемонстрировал потрясающую способность разбираться в вопросах управления, связанных с термоядерными устройствами, и в физике плазмы, которая подчеркивает это», — сказал Эгемен Колемен, доцент кафедры механики и аэрокосмической техники Принстонского университета и один из сотрудников Чара в PPPL. «Это большое достижение — применить теорию, которую он изучил в CMU, к реальной проблеме термоядерного синтеза и провести эксперимент на национальном объекте термоядерного синтеза. Обычно эта работа требует многолетней подготовки в области физики плазмы и инженерной подготовки».

Эта работа была поддержана грантами Министерства энергетики № DE-SC0021275 (Машинное обучение для прогнозирования и управления поведением термоядерной плазмы в реальном времени) и DE-FC02-04ER54698, а также Программой стипендий Национального научного фонда для аспирантов в рамках гранта № , DGE1745016 и DGE2140739. Любые мнения, выводы и заключения или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.

ядерный синтез | Разработка, процессы, уравнения и факты

лазерный синтез

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Евгений Константинович Завойский
Ханс Бете
Игорь Васильевич Курчатов
Лайман Спитцер
Герш Ицкович Будкер

Похожие темы:

термоядерный реактор
ядерная энергия
протон-протонная цепь
нуклеосинтез
CNO-цикл

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

ядерный синтез , процесс, при котором ядерные реакции между легкими элементами приводят к образованию более тяжелых элементов (вплоть до железа). В тех случаях, когда взаимодействующие ядра принадлежат элементам с низкими атомными номерами (например, водород [атомный номер 1] или его изотопы дейтерий и тритий), выделяется значительное количество энергии. Огромный энергетический потенциал ядерного синтеза был впервые использован в термоядерном оружии или водородных бомбах, которые были разработаны в десятилетие сразу после Второй мировой войны. Для подробной истории этого развития, см. ядерное оружие. Между тем, потенциальное мирное применение термоядерного синтеза, особенно с учетом практически безграничных запасов термоядерного топлива на Земле, стимулировало огромные усилия по использованию этого процесса для производства энергии. Для получения более подробной информации об этих усилиях см. термоядерный реактор.

В этой статье основное внимание уделяется физике реакции синтеза и принципам достижения устойчивых реакций синтеза с выделением энергии.

Реакция синтеза

Термоядерные реакции составляют фундаментальный источник энергии звезд, включая Солнце. Эволюцию звезд можно рассматривать как прохождение различных стадий, поскольку термоядерные реакции и нуклеосинтез вызывают изменения состава в течение длительных промежутков времени. «Горение» водорода (H) инициирует термоядерный источник энергии звезд и приводит к образованию гелия (He). Генерация термоядерной энергии для практического использования также зависит от термоядерных реакций между самыми легкими элементами, которые сгорают с образованием гелия. На самом деле тяжелые изотопы водорода — дейтерий (D) и тритий (T) — реагируют друг с другом более эффективно, и, когда они подвергаются синтезу, они дают больше энергии за реакцию, чем два ядра водорода. (Ядро водорода состоит из одного протона. В ядре дейтерия один протон и один нейтрон, а в ядре трития один протон и два нейтрона.)

Реакции синтеза между легкими элементами, такие как реакции деления, которые расщепляют тяжелые элементы, высвобождают энергию из-за ключевого свойства ядерной материи, называемой энергией связи, которая может высвобождаться в результате синтеза или деления. Энергия связи ядра является мерой эффективности, с которой составляющие его нуклоны связаны друг с другом. Возьмем, к примеру, элемент с Z протонов и N нейтронов в ядре. Атомный вес элемента A — это Z + N , а его атомный номер — Z . Энергия связи B — это энергия, связанная с разностью масс Z протонов и N нейтронов, рассматриваемых по отдельности, и связанных вместе нуклонов ( Z  +  N ) в ядре с массой M . Формула
B  = ( Z m _p  +  N m _n  —  М ) в ² ,
где m _p и m _n — массы протона и нейтрона, а c — скорость света. Экспериментально было определено, что энергия связи на нуклон составляет максимум около 1,4 10 ^-12 Дж при атомном массовом числе приблизительно 60, то есть приблизительно равно атомному массовому числу железа. Соответственно, слияние элементов легче железа или расщепление более тяжелых обычно приводит к чистому выделению энергии.

Два типа реакций синтеза

Реакции синтеза бывают двух основных типов: (1) те, которые сохраняют число протонов и нейтронов, и (2) те, которые включают преобразование между протонами и нейтронами. Реакции первого типа наиболее важны для практического производства термоядерной энергии, тогда как реакции второго типа имеют решающее значение для инициирования горения звезд. Произвольный элемент обозначается обозначением ^A _Z X , где Z — заряд ядра, а A — атомный вес. Важная реакция синтеза для практического производства энергии — это реакция синтеза дейтерия и трития (реакция синтеза DT). Он производит гелий (He) и нейтрон ( n ) и записывается
D + T → He + n .

Слева от стрелки (до реакции) два протона и три нейтрона. То же самое и справа.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Другая реакция, которая инициирует горение звезд, включает слияние двух ядер водорода с образованием дейтерия (реакция слияния H-H):
H + H → D + β ⁺  + ν,
где β ⁺ представляет собой позитрон, а ν — нейтрино. Перед реакцией остается два ядра водорода (то есть два протона). Затем идут один протон и один нейтрон (связанные вместе как ядро ​​дейтерия) плюс позитрон и нейтрино (образующиеся в результате превращения одного протона в нейтрон).

Обе эти реакции синтеза являются экзоэргическими и поэтому выделяют энергию. Физик немецкого происхождения Ганс Бете предположил в 1930-х годах, что реакция синтеза H-H может происходить с чистым выделением энергии и обеспечивать, наряду с последующими реакциями, фундаментальный источник энергии, поддерживающий звезды. Однако для практического производства энергии требуется реакция DT по двум причинам: во-первых, скорость реакций между дейтерием и тритием намного выше, чем между протонами; во-вторых, чистое выделение энергии в реакции DT в 40 раз больше, чем в реакции H-H.

Реакции ядерного синтеза | Физика инерционного синтеза: взаимодействие пучка с плазмой, гидродинамика, горячее плотное вещество

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicФизика инерционного синтеза: взаимодействие пучков с плазмой, гидродинамика, горячее плотное веществоМеханика сплошной средыЯдерная физикаФизика плазмыКнигиЖурналы
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicФизика инерционного синтеза: взаимодействие пучков с плазмой, гидродинамика, горячее плотное веществоМеханика сплошной средыЯдерная физикаФизика плазмыКнигиЖурналы
Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

• 
  Иконка Цитировать
  
  Цитировать

• Разрешения

• Делиться

  • Твиттер
  • Подробнее

Cite

Атцени, Стефано и Юрген Мейер-Тер-Вен,

‘Реакции ядерного слияния’

,

Физика инерционного слияния: взаимодействие Beamplasma, гидродинамика, горячее плотное вещество

, Международная серия монографий на физике

(

, Оксфорд,

2004;

онлайн EDN EDN. ,

Oxford Academic

, 1 января 2008 г.

), https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198562641.003.0001,

, по состоянию на 6 октября 2022 г.

6

Выберите формат
Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicФизика инерционного синтеза: взаимодействие пучков с плазмой, гидродинамика, горячее плотное веществоМеханика сплошной средыЯдерная физикаФизика плазмыКнигиЖурналы
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicФизика инерционного синтеза: взаимодействие пучков с плазмой, гидродинамика, горячее плотное веществоМеханика сплошной средыЯдерная физикаФизика плазмыКнигиЖурналы
Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

В этой главе обсуждаются реакции ядерного синтеза. Определены понятия поперечного сечения реакции и реактивности, усредненной по Максвеллу, а стандартная параметризация этих двух важных величин представлена ​​и качественно обсуждена. Также описана упрощенная аналитическая трактовка проникновения через барьер. Получена гамовская форма максвелловской реактивности. Обсуждаются несколько термоядерных реакций, представляющих интерес для производства энергии и астрофизики. К ним относятся дейтериево-тритиевая реакция, другие дейтериевые реакции, звездные циклы pp и CNO, а также те, которые происходят в так называемом передовом термоядерном топливе. Приведены аналитические выражения, подгонки, данные и графики для оценки их поперечных сечений и реактивности. В последней части главы кратко обсуждается, как сильное сжатие материала и спиновая поляризация влияют на реакционную способность синтеза. Также изложены принципы синтеза, катализируемого мюонами.

Ключевые слова:
сечение термоядерного синтеза, реактивность термоядерного синтеза, проникновение через барьер, дейтериево-тритиевая реакция, реактивность Гамова, улучшенное термоядерное топливо, спин-поляризованное топливо, реактивность сжатого вещества, катализируемый мюонами синтез

Субъект

Физика плазмыЯдерная физикаМеханика сплошных сред

В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

Войти

Получить помощь с доступом

Получить помощь с доступом

Доступ для учреждений

Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Щелкните Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Войти с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

Войти через сайт сообщества

Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Вход через личный кабинет

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Просмотр учетных записей, вошедших в систему

Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

• Просмотр вашей личной учетной записи, в которой выполнен вход, и доступ к функциям управления учетной записью.
• Просмотр институциональных учетных записей, предоставляющих доступ.

Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

Ведение счетов организаций

Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т.