Рекорд: південнокорейський термоядерний реактор розігрів плазму до 100 мільйонів градусів

Олександр Гайдамашко

Джерело:

ScienceAlert

Основні тези

Термоядерні реактори працюють при дуже високих температурах та тиску, вимагаючи складних технологій утримання плазми.
Учені KSTAR досягли рекордного часу утримання гарячої плазми при температурі в 100 мільйонів градусів.
Використання вольфрамових диверторів у реакторі дозволило підвищити ефективність та досягти кращих результатів.

Корейський термоядерний реактор встановив новий рекорд з підтримання плазми

Усередині камери реактора KSTAR / Корейський інститут термоядерної енергії (KFE)

Експериментальний термоядерний реактор у Південній Кореї розігрівся до 100 мільйонів градусів, підтримуючи плазму протягом рекордних 48 секунд. KSTAR побив попередній світовий рекорд у 31 секунду, який був встановлений цим же реактором у 2021 році. Цей прорив є невеликим, але важливим кроком на довгому шляху до джерела майже необмеженої чистої енергії.

Ядерний синтез

Вчені намагаються використати силу ядерного синтезу — процесу, завдяки якому горять зірки — вже понад 70 років. Зливаючи атоми водню з гелієм за надзвичайно високих тисків і температур, вони продукують світло й тепло, виробляючи величезну кількість енергії без утворення парникових газів або радіоактивних відходів.

Дивіться також Учені MIT досягли прориву у сфері ядерного синтезу: створено потужні високотемпературні магніти

Але відтворити умови, що існують у серцях зірок, — непросте завдання. Найпоширеніша конструкція термоядерного реактора — токамак — працює шляхом перегрівання плазми (один з чотирьох станів речовини, що складається з позитивних іонів і негативно заряджених вільних електронів) і утримування її всередині пончикоподібної камери реактора з потужними магнітними полями.

Однак утримання турбулентних і перегрітих витків плазми на місці достатньо довго для того, щоб відбувся ядерний синтез, було кропітким процесом. Ще нікому не вдалося створити реактор, здатний стабільно віддавати більше енергії, ніж забирати на свій запуск і підтримування.

Однією з головних перепон було те, як поводитися з плазмою, достатньо гарячою для термоядерного синтезу. Термоядерні реактори потребують дуже високих температур — у багато разів гарячіших, ніж на Сонці, – оскільки їм доводиться працювати при набагато нижчому тиску, ніж там, де термоядерний синтез природним чином відбувається в ядрах зірок. Наприклад, ядро Сонця досягає температури близько 15 мільйонів градусів за Цельсієм, але має тиск, який приблизно в 340 мільярдів разів перевищує тиск повітря на рівні моря на Землі.

Нагріти плазму до таких температур відносно легко, але знайти спосіб утримати її так, щоб вона не пропалила реактор і не зруйнувала при цьому процес термоядерного синтезу, — технічно складно. Зазвичай це робиться за допомогою лазерів або магнітних полів.

Щоб збільшити час горіння плазми порівняно з попереднім рекордним запуском, учені змінили деякі аспекти конструкції реактора, зокрема, замінили вуглець на вольфрам, щоб підвищити ефективність "диверторів" токамака, які відводять тепло і попіл з реактора.

Попри те, що це був перший експеримент, проведений в середовищі нових вольфрамових диверторів, ретельне тестування обладнання та підготовка кампанії дозволили нам за короткий період досягти результатів, що перевершують попередні рекорди KSTAR,
– сказав Сі-Ву Юн, директор Дослідницького центру KSTAR.

Цей рекорд приєднався до інших, встановлених на конкуруючих термоядерних реакторах по всьому світу, в тому числі на фінансованій урядом США Національній установці запалювання (NIF), яка потрапила в заголовки газет після того, як активна зона реактора на короткий час виділила більше енергії, ніж було вкладено в неї.