Термоядерный синтез стал на шаг ближе к реальности

Термоядерный синтез обещает практически безграничный и устойчивый источник энергии посредством процессов, подобных тем, которые происходят внутри Солнца, при условии, что ученым удастся решить некоторые довольно сложные физические проблемы.

В настоящее время исследуются различные методы получения энергии из синтеза атомов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Новое исследование предполагает, что вскоре появится способ преодолеть серьезное препятствие в процессах, в которых используются токамаки.

Теоретический барьер на пути термоядерного синтеза, известный как предел Гринвальда, теперь оказался преодолен благодаря усилиям группы исследователей из Университета Висконсина.

Хотя механизмы, лежащие в основе этого предела, до конца не изучены, эмпирическое правило устанавливает потолок концентрации электронов в нагретой плазме токамака.

Наличие надежного способа преодолеть этот предел означает, что можно сделать шаг вперед в плане стабильности и эффективности термоядерного реактора, что приближает нас к тому дню, когда ядерный синтез может стать практической реальностью.

«Здесь представлены эксперименты на токамаке с плотностью электронов, превышающей предел Гринвальда почти в десять раз в стационарных условиях, что является беспрецедентным», — пишут исследователи в своей статье.

Термоядерный синтез – объединение атомных ядер для высвобождения избыточной энергии – требует интенсивного тепла, создаваемого удержанием заряженных частиц, составляющих плазму.

Токамак — это особый тип термоядерного реактора, который использует токи для пропускания плазмы через центр большого полого кольца. Магнитные поля внутри этого горячего беспорядка заряженных частиц помогают удерживать его, однако плазма склонна к нестабильности, и в значительной степени подвержена довольно строгому ограничению плотности электронов плазмы. Более высокая плотность электронов приведет к большему количеству реакций и большему количеству энергии.

Команда ученых считает, что две ключевые характеристики реактора MST (Madison Symmetric Torus) помогли столь полно преодолеть пределы этой плотности: его толстые проводящие стенки (для стабилизации магнитных полей, управляющих плазмой) и его источник питания, который можно регулировать на основе обратной связи (опять же, решающее значение для стабильности).

«Максимальная плотность, по-видимому, определяется аппаратными ограничениями, а не нестабильностью плазмы», — пишут исследователи.

Это еще одна победа токамака в недавней серии успехов. В последние несколько лет ученые были заняты строительством более крупных реакторов, увеличением вырабатываемой в них энергии и достижением более высоких температур для протекания реакций.

Это не означает, что ядерный синтез будет готов к запуску в ближайшее время, и здесь есть предостережения, о которых стоит поговорить. Плазма не работала при сверхвысоких температурах, как это обычно происходит в реакциях термоядерного синтеза, поэтому эти эксперименты необходимо будет расширить в этом отношении.

Авторы нового исследования уверены, что ученые смогут выяснить, как получить эти результаты на других машинах, хотя еще предстоит проделать дополнительную работу, чтобы проанализировать, почему именно эта конкретная установка работает так хорошо.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.