Исследователям удалось сделать плазму термоядерного реактора в 10 раз плотнее

В какой-то момент термоядерный синтез должен позволить производить электроэнергию практически неограниченным и экологически чистым способом. Поэтому на эту технологию возлагаются большие надежды, и в этой сфере проводится много исследований. Теперь учёным из США удалось залить в свой реактор гораздо больше топлива, чем это было теоретически возможно.

Прорыв в термоядерных технологиях
Термоядерный реактор, называемый токамаком, по сути представляет собой полое металлическое кольцо, напоминающее пончик. В этом устройстве происходит реакция синтеза. Ионизированная плазма затем проходит через металлическое кольцо, и удерживается во взвешенном состоянии магнитным полем. Это важно, поскольку высокая температура плазмы (около 100 миллионов градусов) повредит стенки реактора.

Токамак является наиболее часто используемой формой термоядерного реактора. Такие исследовательские реакторы в настоящее время существуют в различных странах.

В зависимости от того, насколько велики эти токамаки, в них может поместиться определенное количество водородного топлива. Затем эти атомные ядра сталкиваются друг с другом, заставляя их сливаться и выделять энергию. Чем больше атомных ядер сталкивается друг с другом, т.е. чем выше плотность плазмы, тем эффективнее реакция синтеза.

Однако в какой-то момент достигается предел — в этот момент плазма в реакторе выходит из-под контроля и может повредить стенки реактора. Так называемый предел Гринвальда, названный в честь его первооткрывателя, американского физика Мартина Гринвальда, известен уже почти 40 лет. Предел Гринвальда — важный ориентир, согласно которому строятся многие токамаки.

На сегодняшний день этот предел лишь изредка превышался, а если и превышался, то максимум в 2 раза.
Физики из Висконсинского университета в Мэдисоне совершили прорыв в своем реакторе с токамаком под названием Смметричный тор Мэдисона (Madison Symmetric Torus, MST).

«Наше открытие может помочь увеличить производство термоядерной энергии и предотвратить повреждение машин», — утверждает исследователь Ной Херст в пресс-релизе от 29 июля.

Токамак MST. Фото: Ной Херст
Десятикратное увеличение, возможно, оказалось успешным, поскольку MST не является обычным токамаком. Это так называемый пинч с обращённым полем (Reversed Field Pinch, RFP), основная задача которого — удержание термоядерной плазмы. Он имеет уникальное магнитное поле, а металлическое кольцо, в котором находится плазма, толще и обладает высокой проводимостью. Таким образом, он обеспечивает более стабильную работу, чем другие токамаки.

В своем проекте исследователи на самом деле хотели выяснить, как можно сделать плазму нестабильной. Так они сделали удивительное открытие: можно значительно превысить предел Гринвальда, не теряя при этом стабильности плазмы.

«Будущие реакторы-токамаки, вероятно, должны будут работать вблизи или выше предела Гринвальда», — говорит Херст.

Теперь исследователи ищут дальнейшие объяснения того, почему им удалось так сильно превысить предел. Вероятно, это как-то связано с MST. Однако вряд ли всё это будет легко работать в других термоядерных реакторах, таких как ИТЭР, который строится во Франции.