Дослідники в Китаї досягли значного прогресу в розробці термоядерної енергії, успішно перевищивши давно встановлену межу щільності в експериментальних реакторах. Прорив на експериментальному вдосконаленому надпровідному токамаку (EAST) демонструє, що традиційні обмеження на щільність плазми — критичний фактор ефективності термоядерного синтезу — можна обійти за допомогою точного контролю умов реактора. Це важливо, тому що підвищена щільність плазми безпосередньо пов’язана з вищою вихідною енергією, яка є ключовою для забезпечення життєздатності енергії термоядерного синтезу.
Межа Грінвальда і чому це важливо
Десятиліттями фізики термоядерного синтезу керувалися так званою межею Грінвальда: практичною межею, за якою перегріта плазма стає нестабільною, що потенційно може пошкодити компоненти реактора. Це не вважалося незмінним законом фізики, а скоріше спостережуваним явищем, яке визначало, наскільки можна збільшити щільність плазми всередині токамака (тороподібного пристрою для магнітного утримання) до того, як він зруйнується.
Проблема? Чим більше атомів упаковано в плазму, тим більше відбувається реакцій термоядерного синтезу і, отже, тим вище вихід енергії. Але коли щільність плазми збільшується, вона випромінює енергію, охолоджується на межі та витягує домішки зі стінок реактора. Ці домішки прискорюють охолодження, вивільняючи більше домішок у руйнівній петлі зворотного зв’язку, що погіршує магнітне утримання та зупиняє реакцію.
Режим без обмеження щільності: новий підхід
Недавні теоретичні дослідження показали спосіб обійти цю межу: контроль взаємодії плазми зі стінкою під час запуску реактора, щоб запобігти накопиченню домішок. Команда під керівництвом Пін Чжу та Нін Янга перевірила цю теорію в EAST, ретельно регулюючи тиск паливного газу та використовуючи нагрівання електронного циклотронного резонансу.
Результат? Вони досягли щільності плазми, яка на 65% перевищує межу Грінвальда, різко зменшивши перенесення домішок зі стінок у плазму. Це не повне усунення обмежень щодо щільності, але це доводить, що традиційний бар’єр не є абсолютним.
Наслідки для майбутніх термоядерних реакторів
Цей висновок свідчить про те, що термоядерні реактори можна проектувати та експлуатувати ефективніше, ніж вважалося раніше. Налаштувавши робочі процеси, майбутні пристрої зможуть підтримувати щільніші реакції з вищою енергією. Дослідники продовжують удосконалювати свої методи, щоб побачити, як EAST працює в цих покращених умовах.
«Висновки вказують на практичний і масштабований шлях для розширення обмежень щільності в токамаках і передових пристроях термоядерного синтезу з гарячою плазмою», — говорить Чжу.
Цей прорив важливий, оскільки він усуває ключову перешкоду на шляху стійкого термоядерного синтезу, наближаючи нас до чистого, практично невичерпного джерела енергії.
