Термоядерный реактор Wendelstein 7-X на пути к плазме с температурой в 40 млн градусов

Стелларатор Wendelstein 7-X — это экспериментальный термоядерный реактор, разработанный, чтобы приблизится к перспективам получения чистой безграничной энергии, и с момента создания своей первой плазмы в 2015 году он предпринимает устойчивые и значительные шаги к этой цели.

Физики только что подтвердили еще один «крупный прогресс», который позволяет получить плазму, вдвое более горячую, чем в ядре ​​Солнца, в результате усилий по устранению внутренних потерь энергии в конструкции.

Стеллараторы отличаются от более распространенных токамаков в форме пончика как чрезвычайно сложные конструкции, полные изгибов и поворотов. Как и во всех  термоядерных реакторах, цель состоит в том, чтобы воссоздать процессы, происходящие внутри Солнца, подвергая потоки плазмы экстремальным температурам и давлению, заставляя атомы сталкиваться и сливаться вместе, чтобы произвести огромное количество энергии.

Реактор Wendelstein 7-X настолько сложен, что для его проектирования потребовались суперкомпьютеры. Он использует серию из 50 сверхпроводящих магнитных катушек, чтобы удерживать плазму на месте, когда она вращается в камере. В 2018 году физики, работающие над проектом, установили новые рекорды плотности энергии и удержания плазмы для термоядерного реактора этого типа.

В ходе этих экспериментов плазма  нагрелась до температуры 20 миллионов ° C, что превышает температуру в ядре Солнца (15 млн ° C). Но оказывается, что Wendelstein 7-X может быть предназначен для гораздо более высоких температур.

При разработке Wendelstein 7-X инженеры стремились устранить одно ограничение, которое мешает классическим конструкциям стеллараторов гораздо больше, чем токамаков, тип потери тепла, известный как «неоклассический перенос». Это происходит, когда столкновения между нагретыми частицами выбивают некоторые из них с орбиты и заставляют их уноситься наружу из магнитного поля. Система магнитного поля Wendelstein 7-X была очень тщательно оптимизирована для предотвращения подобных потерь.

 Смотрите также: Какое самое сильное магнитное поле возможно? Есть ли предел?

Чтобы определить, окупилось ли это тщательное планирование, ученые из Института физики плазмы Макса Планка и Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) провели новый подробный анализ серии рекордных экспериментов со стелларатором. Этот анализ был сосредоточен на диагностических данных, собранных рентгеновским спектрометром кристаллов, и показал резкое снижение неоклассического переноса и показал, что, действительно, высокие температуры не могли быть достигнуты иначе.

«Это показало, что оптимизированная форма W7-X уменьшила неоклассический перенос и была необходима для производительности, наблюдаемой в экспериментах с W7-X», — говорит физик PPPL Новимир Паблант. «Это был способ показать, насколько важна оптимизация».

Анализ показывает, что Wendelstein 7-X способен удерживать температуру плазмы, которая в два раза выше, чем в ядре Солнца. Но поскольку ученые занимаются ядерным синтезом, есть много сложностей, которые нужно устранить, помимо достижения высоких температур, включая решение других форм потери тепла.

Дальнейшие эксперименты намечены на 2022 год, и они будут включать новую конструкцию системы водяного охлаждения, позволяющую проводить более длительные эксперименты.

«Это действительно захватывающая новость для термоядерного синтеза: эта конструкция оказалась успешной», — говорит Новимир Паблант. «Мы ясно видим, что такого рода оптимизация возможна».

Статья с описанием исследования была опубликована в журнале Nature.