В чем заключается открытие
Как сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, специалисты описали новый подход к достижению так называемого термоядерного зажигания. Это критическое состояние, при котором плазма самостоятельно поддерживает необходимую высокую температуру благодаря внутренним реакциям синтеза, без необходимости постоянного внешнего питания. Авторы работы привели простую метафору: если представить зажигание в виде долины за высоким горным хребтом, то новый метод предлагает обойти горы, а не лезть на самую вершину.
Многие компании стремятся подняться на гору прямо в лоб и тратят огромное количество энергии, чтобы добраться туда. Вместо этого обойдите вершину. Вы доберетесь туда гораздо более разумным способом и затратите гораздо меньше сил,
– прокомментировал физик Луис Дельгадо-Апарисио.
В основу идеи легло расширение классического критерия Лоусона, который физики сформулировали еще в 1950-х годах для определения условий термоядерного зажигания. Команда из Принстона добавила к традиционным математическим моделям четыре дополнительных фактора: накопление отработанного гелиевого пепла, попадание примесей со стенок реактора, радиационные потери в виде синхротронного излучения и естественный отток тепла из плазмы.
Ранее ученые изучали эти эффекты только по отдельности. Когда же их объединили в одну систему, расчеты указали на оптимальную траекторию с минимальными энергетическими затратами, которую математики называют седловиной Корди. Согласно полученным данным, гораздо эффективнее сначала сильно нагреть плазму и только потом увеличивать ее плотность с помощью топлива, а не действовать в обратном порядке.
Коварный вольфрам и естественные предохранители
Моделирование выявило еще одну серьезную угрозу: даже микроскопическая частица вольфрама способна сорвать процесс термоядерного синтеза. Поскольку этот тугоплавкий металл планируется активно использовать для защиты стенок во многих проектах реакторов, инженерам придется максимально надежно изолировать раскаленную плазму от контакта с корпусом.
В то же время исследователи обнаружили и естественные стабилизаторы процесса. Потери излучения и утечка тепла хоть и затрудняют первоначальный запуск реакции, но помогают удерживать плазму в стабильном состоянии после ее розжига.
Хотя нам нужны дополнительные исследования, эти результаты вдохновляют и указывают четкое направление для будущей работы в этой области,
– добавил физик Джонатан Менард.
Новая теоретическая основа поможет сэкономить время и средства при проектировании установок следующего поколения. Как ранее писал 24 Канал, подобные сложные задачи по удержанию высокотемпературной плазмы уже решаются на практике, в частности, при строительстве современного экспериментального термоядерного реактора BEST.
Хотя ученые пока не проводили реальных испытаний новой концепции, предложенные расчеты дают инженерам четкую дорожную карту для более быстрого строительства коммерческих термоядерных электростанций.