Рекордна температура: Компактний термоядерний реактор досягає 100 млн градусів Цельсія

Ядерний синтез повторює фундаментальні процеси в ядрі нашого власного Сонця та подібних до нього зірок, стискаючи енергію від злиття менших елементів у більші. Якщо ми зможемо зробити це правильно – а це досить велике якщо – це означає фактично невичерпне джерело чистої енергії без шкідливих викидів.

Там, де зірки мають у своєму розпорядженні величезну силу тяжіння для злиття елементів і вивільнення енергії, ми змушені покладатися на тепло. Багато тепла, насправді, еквівалентно теплу, яке в кілька разів перевищує температуру ядра Сонця.

Нагрівання атомарних інгредієнтів, або іонів, принаймні до 100 мільйонів градусів Цельсія (по суті, будь-чого, що перевищує 100 мільйонів градусів Кельвіна, або 8,6 кілоелектронвольт в енергетичному вираженні) є вирішальним для досягнення потрібного тиску.

«Температури іонів, що перевищують 5 кеВ [кілоелектронвольт], раніше не досягалися в жодному ST і були отримані лише в набагато більших пристроях із значно більшою потужністю нагріву плазми», — пишуть дослідники у своїй опублікованій статті .

У цьому випадку використовувався сферичний токамак ST40. Без урахування обладнання, необхідного для його безпечної роботи, сам реактор має діаметр лише 0,8 метра, це лише незначна частка більших токамаків, які можуть розтягнутися на кілька метрів у діаметрі .

Порівняно з більшими реакторами термоядерного синтезу , ці менші пристрої дешевші у створенні, потенційно ефективніші та стабільніші – усі переваги, якщо ви хочете зробити технологію комерційно життєздатною.

Щоб досягти нового температурного рекорду, дослідники застосували низку оптимізацій, включаючи використання самого ST і спосіб підготовки плазми з точки зору її нагріву та її електронної густини.

Деякі методи були запозичені з експериментів «надпострілу», проведених у 1990-х роках у термоядерному термоядерному реакторі Токамак , який набагато більший за ST40. По суті, підхід передбачав застосування великої кількості тепла за дуже короткий проміжок часу.

Інший трюк оптимізації, який застосували вчені, полягав у нагріванні позитивно заряджених іонів більше, ніж негативно заряджених електронів усередині плазми. Відомий як режим гарячих іонів, він допомагає збільшити кількість реакцій і продуктивність токамака.

«Ці температури були досягнуті в режимі гарячих іонів, коли температура іонів перевищує температуру електронів, як правило, у два або більше разів», — пишуть дослідники.

Попри те, що цей прорив та інші подібні до нього , безумовно, захоплюючі, ядерний синтез все ще перебуває на стадії випробувань, і перед тим, як його можна буде розглядати як практичне джерело енергії, потрібно усунути багато перешкод. Не всі вірять, що виробництво енергії ядерного синтезу стане можливим, враховуючи пов’язані з цим технічні проблеми.

Ці проблеми також висвітлюються тут: максимальна температура була досягнута лише за 150 мілісекунд. Чудове досягнення в лабораторії, але не так багато часу, щоб практично щось внести в енергетичну мережу.

З усім тим, кожне відкриття наближає нас до кінцевої мети – і це особливо помітно, враховуючи, що сферичні токамаки є одним із найперспективніших варіантів для створення реакцій ядерного синтезу таким чином, щоб необхідні енергетичні та економічні рівняння зрештою мали сенс.

«Ці результати вперше демонструють, що іонні температури, необхідні для комерційного термоядерного синтезу з магнітним утриманням, можуть бути отримані в компактному ST з високим полем і є хорошим передвісником для термоядерних електростанцій на основі ST з високим полем», — пишуть дослідники .