Компактный термоядерный реактор достиг очередной значимой вехи
A Compact Fusion Reactor Barely 3 Feet Across Has Hit a Huge Milestone
Ионы внутри компактного термоядерного реактора, размер которого
едва достигает метра, впервые были нагреты до магической цифры в 100 миллионов °C, что стало очередным важным шагом на пути к практическому использованию
энергии термоядерного синтеза.
Исследователи из Tokamak Energy Ltd в Великобритании, Принстонской и Ок-Риджской национальных лабораторий в США и Института исследований энергетики и климата в Германии достигли рекорда на устройстве конструкции сферического токамака, который, в отличие от более «пончикообразных» токамаков, удерживает плазму в центре в виде вихря.
Диаграмма плазмы в сферическом токамаке
Ядерный синтез воспроизводит фундаментальные процессы, происходящие в ядре нашего Солнца и подобных ему звёзд, извлекая энергию из слияния атомов. Если мы сможем научиться извлекать полезную энергию из этого процесса на постоянной основе (а это очень большое «если»), то получим практически неисчерпаемый источник чистой энергии без вредных выбросов.
Если звезды имеют в своём распоряжении огромное количество гравитации для слияния элементов и высвобождения энергии, то мы вынуждены полагаться на тепло. И этого тепла у нас предостаточно — в несколько раз больше, чем в ядре Солнца.
А разогрев ионов до температур не менее 100 миллионов °C (более 100 миллионов °K, или 8,6 кэВ в энергетическом выражении) имеет решающее значение для достижения нужного давления.
«Температура ионов свыше 5 кэВ ранее не была достигнута ни в одном сферическом токамаке и была получена только в гораздо более крупных устройствах со значительно большей мощностью нагрева плазмы», — пишут исследователи в опубликованной работе.
В данном случае был использован сферический токамак ST40. Если не принимать во внимание оборудование, необходимое для его безопасной работы, сам реактор имеет всего 0,8 метра в поперечнике – это малая доля больших токамаков, которые могут достигать нескольких метров в диаметре.
Реактор ядерного синтеза ST40
По сравнению с
большими термоядерными реакторами, эти небольшие устройства дешевле в изготовлении, потенциально более эффективны и стабильны — все эти преимущества на вашей стороне, если вы хотите сделать технологию коммерчески жизнеспособной.
Для достижения нового температурного рекорда исследователи использовали ряд оптимизаций, включая способ подготовки плазмы с точки зрения её нагрева и плотности электронов.
Некоторые методы были заимствованы из экспериментов с «супервыстрелами», проведенных в 1990-х годах на
Tokamak Fusion Test Reactor, который намного больше, чем ST40. По сути, этот подход заключался в подаче большого количества тепла за очень короткий промежуток времени.
Еще один прием оптимизации, примененный учеными, заключался в том, чтобы нагреть положительно заряженные ионы больше, чем отрицательно заряженные электроны внутри плазмы. Известный как режим горячих ионов, он помогает увеличить количество реакций и производительность токамака.
«Эти температуры были достигнуты в сценариях режима горячих ионов, когда температура ионов превышает температуру электронов, как правило, в два или более раз», —
пишут исследователи.
Хотя этот прорыв и
другие подобные ему, безусловно, захватывающие,
термоядерный синтез все еще находится в стадии испытаний с множеством препятствий, которые еще предстоит преодолеть, прежде чем его можно будет рассматривать в качестве практического источника энергии. Не все верят, что производство энергии на основе ядерного синтеза в конечном итоге станет возможным, учитывая связанные с этим технические проблемы.
Эти проблемы также подчеркнуты здесь: максимальная температура была достигнута всего на 150 миллисекунд. Прекрасное достижение в лаборатории, но не такое продолжительное время, чтобы практически внести какой-либо вклад в энергосистему.
Тем не менее, каждое открытие
приближает нас к конечной цели — и это особенно примечательно, учитывая, что сферические токамаки — один из самых многообещающих вариантов создания реакций ядерного синтеза таким образом, чтобы необходимые энергетические и экономические уравнения в конечном итоге имели смысл.
«Эти результаты впервые демонстрируют, что ионные температуры, важные для коммерческого синтеза с магнитным удержанием, могут быть получены в компактном сильнопольном СТ и служат хорошим предзнаменованием для термоядерных электростанций на основе сильнопольного СТ», —
пишут исследователи.
Исследование опубликовано в журнале
Nuclear Fusion.
https://habr.com/ru/news/739328/
https://www.sciencealert.com/a-compact- ... -milestone
