Термоядерная плазма может быть эффективно стабилизирована от больших извержений

Ядерный синтез может быть практически неограниченным источником энергии, если только мы сможем использовать его. Проблема заключается в том, что плазма по своей природе нестабильна, и большие извержения в ней могут повредить реакторы, ее содержащие. Но теперь, физики из Лаборатории плазменной физики Принстона (PPPL) нашли способ предотвратить большие извержения, вызвав множество маленьких из-за введения в плазму крошечных гранул бериллия.

Ядерный синтез противоположен ядерному делению, которое используется на атомных электростанциях по всему миру. Там, где деление включает в себя расщепление атомов и сбор выделенной энергии, синтез — это слияние ядер атомов вместе, что чище, безопаснее и эффективнее, чем деление.

Обычно это делается в полых реакторах в форме пончика, называемых токамаками, которые заполнены кольцами плазмы, такими же горячими, как на Солнце. Но, как и следовало ожидать, требуются огромные усилия для поддержания интенсивных давлений и температур, необходимых для «искусственной звезды» здесь, на Земле. Извержения, называемые краевыми модами (ELM), могут повредить стенки реакторов, сделать их менее безопасными и требующими слишком частой замены деталей.

ELM трудно устранить, но, как задаются вопросом исследователи PPPL, возможно, их можно контролировать вместо этого. Команда ученых обнаружила, что создание серии небольших ELM может предотвратить возникновение более крупных и разрушительных взрывов. Эти меньшие извержения могут быть вызваны инъекцией гранул бериллия в плазму через равные промежутки времени. Ученые проверили, можно ли использовать эту технику в ИТЭР, токамаке, который в настоящее время строится во Франции.

Компьютерное моделирование показало, что гранулы бериллия толщиной около 1,5 мм могут проникать в плазму достаточно глубоко, чтобы наиболее эффективно запускать ELM. Затем физики провели эксперименты на DIII-D, реакторе, размещенном в Национальном центре синтеза в Сан-Диего.

Исследователи использовали магнитные поля для ограничения плазмы таким же образом, как это сделает ИТЭР, и вводили гранулы углерода, лития и карбида бора, которые являются легкими металлами со свойствами, подобными бериллию. И первые результаты оказались успешными.

«Это первая попытка выяснить, как эти примесные пеллеты будут проникать в ИТЭР и достаточно ли изменений в температуре, плотности и давлении, чтобы вызвать ELM», — говорит Раджеш Майни, соавтор работы. «И на самом деле это выглядит так, как будто бы эта техника инъекции гранул была бы полезна».

Ученые говорят, что бериллиевые гранулы могут быть одним из многих инструментов управления плазмой, используемых в токамаке, с другими, включая внешние магниты и инъекции дейтериевых гранул. Следующий шаг — протестировать технику на других токамаках, таких как Объединенный Европейский Торус (JET) в Великобритании.