Термоядерный синтез сулит практически неисчерпаемый, устойчивый источник энергии, подобный тому, что питает наше Солнце. Однако, прежде чем мы сможем обуздать эту мощь, нам предстоит разобраться с некоторыми сложными физическими головоломками.
Сейчас ученые исследуют различные способы высвобождения энергии из атомов, каждый со своими плюсами и минусами. Недавнее исследование предполагает, что мы, возможно, нашли способ преодолеть серьезное препятствие на пути реализации термоядерного синтеза в установках под названием “токамак”.
Благодаря усилиям команды исследователей из Университета Висконсина, так называемый предел Гринвальда – теоретический барьер на пути к термоядерному синтезу в токамаках – был преодолен в десять раз!
Хотя механизмы, лежащие в основе этого предела, до конца не изучены, эмпирическое правило устанавливает верхний предел плотности электронов в нагретой плазме токамака.
Возможность надежно преодолевать этот предел означает, что мы можем значительно продвинуться в стабильности и эффективности токамаков, приближая день, когда термоядерный синтез станет реальностью.
“В данной работе представлены эксперименты с токамаком, в которых электронная плотность в стационарных условиях превышает предел Гринвальда в десять раз, что является беспрецедентным”, — пишут исследователи в своей статье.
Термоядерный синтез — процесс слияния атомных ядер с выделением избыточной энергии — требует огромных температур, достигаемых путем удержания заряженных частиц, составляющих плазму.
Токамак – это особый тип термоядерного реактора, в котором токи используются для пропускания плазмы через центр большого полого кольца. Магнитные поля внутри этого “горячего хаоса” заряженных частиц помогают удерживать плазму, однако она более подвержена нестабильности, чем в других подобных установках, и на плотность электронов плазмы накладываются довольно жесткие ограничения. А ведь более высокая плотность электронов означает больше реакций и, следовательно, больше энергии.
Исследовательская группа полагает, что две ключевые характеристики их токамака, MST, помогли преодолеть предел плотности:
- Толстые проводящие стенки для стабилизации магнитных полей, управляющих плазмой.
- Система питания, которая может регулироваться на основе обратной связи – еще один решающий фактор стабильности.
“Кажется, максимальная плотность определяется ограничениями оборудования, а не нестабильностью плазмы”, — пишут исследователи.
Это еще одна победа в череде недавних успехов в области термоядерного синтеза на токамаках. За последние несколько лет ученым удалось создать более крупные реакторы, увеличить количество вырабатываемой ими энергии и достичь более высоких температур, необходимых для протекания реакций.
Однако это не означает, что термоядерная энергия будет доступна уже завтра. Важно отметить, что в этих экспериментах плазма не нагревалась до сверхвысоких температур, как это обычно бывает в термоядерных реакциях, поэтому эксперименты необходимо масштабировать.
Авторы исследования уверены, что ученые смогут воспроизвести эти результаты на других установках, хотя предстоит еще много работы по анализу того, почему именно эта установка работает так хорошо.
“Остаются вопросы о том, почему именно MST способен работать с высокой долей Гринвальда и в какой степени эту возможность можно расширить для более мощных устройств”, — пишут исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Читайте также: Термоядерный двигатель довезет за два года до Титана
