Обмеження термоядерного синтезу, яке вважали законом, було брехнею: його перевершили вдесятеро

Що таке ядерний синтез і токамак

На відміну від традиційної ядерної енергетики, яку ми використовуємо зараз і яка ділить ядро, ядерний синтез змушує ядра атомів навпаки зливатися, вивільняючи велику кількість енергії. Цей процес вимагає інтенсивного нагрівання та високого тиску, схожих на ті, що присутні в зорях. Оскільки ми не можемо забезпечити достатньо високий тиск на Землі, ми мусимо компенсувати це підвищенням температури. Для того, щоб це зробити й не розплавити все навколо, використовуються спеціальні реактори-токамаки.

Токамак — це особливий тип реактора ядерного синтезу, який використовує струми для прогону плазми через велике порожнисте кільце. Магнітні поля всередині утримують цю гарячу хмару заряджених частинок подалі від стінок реактора, адже розжарена плазма схильна до нестабільності. Вона дуже сильно залежить від суворого обмеження густини електронів. Вища густина призведе до більшої кількості реакцій і більшої кількості енергії.

Дивіться також Вчені візуалізували те, що відбувається всередині термоядерного реактора під час синтезу

Що зробили вчені

Завдяки зусиллям команди дослідників з Університету Вісконсіна раніше теоретично передбачений бар'єр для термоядерного синтезу в токамаках, відомий як межа Грінвальда, було подолано вдесятеро. Хоча механізми, що стоять за цією межею густини електронів, усе ще недостатньо вивчені, правило встановлює максимально можливу щільність у нагрітій плазмі.

Наявність надійного способу подолати цю межу означає, що ми можемо зробити великий крок у стабільності та ефективності термоядерного реактора, наближаючи день, коли ядерний синтез може стати практичною реальністю.

Тут представлені експерименти на токамаку зі щільністю електронів, що перевищує межу Грінвальда до десяти разів у стабільних умовах, що є безпрецедентним,
– пишуть дослідники у своїй опублікованій статті.

Команда сама достеменно не знає, як вона це зробила, але вважає, що подолати межі цієї густини допомогли дві ключові характеристики токамака: товсті провідні стінки (для стабілізації магнітних полів, які маніпулюють плазмою) і джерело живлення, яке можна регулювати на основі зворотного зв'язку (знову ж таки, критично важливе для стабільності).

"Максимальна щільність, схоже, встановлюється апаратними обмеженнями, а не нестабільністю плазми", – пишуть дослідники.

Вони використали для свого експерименту більш потужний реактор, ніж інші науковці, – він називається "Симетричний тор Медісона". Судячи з усього, це означає, що межа Грінвальда була актуальною лише для того реактора, на якому вона була розрахована, а для інших реакторів вона інша – її доведеться розраховувати для кожної установки окремо. Це також означає, що ми зможемо фактично будувати реактори, підлаштовуючись під бажану межу Грінвальда: якщо потрібно більше енергії – будуй реактор з відповідними характеристиками.

Залишаються питання про те, чому саме "Симетричний тор Медісона" здатний працювати з високим показником [межі] Грінвальда, і до якої міри ця здатність може бути поширена на більш продуктивні пристрої,
– пишуть автори.

Дивіться також Найбільший у світі термоядерний реактор ITER нарешті завершено, але є проблема

Треба ще почекати

Це не означає, що ядерний синтез буде готовий до використання найближчим часом. Перед ученими лежать ще чимало проблем і обмежень, які потрібно буде усунути. Але це ще одна перемога термоядерного синтезу на токамаках у низці нещодавніх успіхів.

Останні кілька років вчені були зайняті будівництвом більших реакторів, збільшенням енергії, яку вони виробляють, підвищенням тривалості утримування реакції та досягненням вищих температур для протікання реакцій.