Тема:

Термоядерный синтез 28 суток назад

Термоядерный реактор в семь раз обошёл центр Солнца по температуре плазмы

Экспериментальный термоядерный реактор нагрел плазму до громадной температуры.
Фото IPP.

На термоядерном реакторе EAST, прозванном "китайским искусственным солнцем", учёные разогрели плазму до ста миллионов градусов (температура в центре нашей звезды – 15 миллионов °C). Об этом сообщает Академия наук КНР.

Столь замечательный результат был получен благодаря использованию сразу четырёх источников тепла.

Во-первых, плазму нагревали низкие гибридные волны и электронные циклотронные волны (это разные виды продольных колебаний электронов и ионов).

Во-вторых, физики использовали ионный циклотронный резонанс. Суть явления состоит в том, что в однородном и постоянном во времени магнитном поле ионы движутся по кругу с определённой частотой. Если периодически и с той же частотой передавать им дополнительный импульс с помощью электрического поля, можно сильно повысить энергию ионов и тем самым поднять и температуру вещества.

Наконец, свой вклад внесло впрыскивание нейтрального пучка. Поясним, о чём речь. Горячая плазма в реакторе удерживается магнитным полем. Возникающие силы заставляют заряженные частицы изменять траекторию, избегая столкновения со стенками камеры (только благодаря этому последние не обращаются в пар). Однако на электрически нейтральные атомы магнитное поле не действует. Поэтому струя такого вещества может беспрепятственно проникнуть в магнитную ловушку. Там атомы моментально сталкиваются с ионами плазмы, теряют электроны и сами превращаются в ионы. При этом большая часть кинетической энергии пучка расходуется на нагрев плазмы.

Умелое использование всех этих механизмов и позволило учёным получить тепловую мощность более десяти мегаватт и с её помощью нагреть плазму до 100 миллионов °C. Точнее говоря, речь идёт о температуре электронов. Протоны – частицы гораздо более тяжёлые и в том же облаке плазмы могут иметь совсем другую температуру.

Эксперименты с периодическим воспроизведением такого состояния плазмы продолжались четыре месяца. Физики изучали устойчивость плазмы в магнитной ловушке, воздействие её на стенки реактора, движение раскалённого вещества и так далее.

Также испытанию подвергся охлаждаемый водой вольфрамовый дивертор – устройство, мешающее частицам со стенок камеры попадать в плазму.

Напомним, что реактор EAST был запущен в 2006 году. В 2017 году он впервые удержал максимальную температуру плазмы в течение более чем ста секунд.

В последние годы похожий результат был достигнут на нескольких термоядерных реакторах, но результат китайских физиков особенно важен в связи с необычно высокой температурой, которая развивается в EAST.

Поясним, что термоядерным реакциям в центре Солнца способствует мощная гравитация звезды и её огромные размеры. Чтобы получить нужный результат в земных условиях, и требуется такая гигантская температура. При этом её нужно поддерживать достаточно долго, чтобы необходимые реакции успели произойти.

К слову, EAST относится к так называемым токамакам. Слово образовано от аббревиатуры ТОКАМАК – "ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками". Такой реактор представляет собой полый тор ("бублик"), внутри которого магнитные поля удерживают горячую плазму. Первый токамак был построен в 1954 году в СССР.

EAST стал первым в мире токамаком с некруглым поперечным сечением, магнитное поле в котором полностью создаётся сверхпроводящими электромагнитами.

Опыт китайских физиков наверняка будет учтён в проекте ИТЭР. Это крупнейший в мире термоядерный реактор, в строительстве которого участвуют 35 стран, в том числе Россия, Китай и США.

Конечной целью исследователей является промышленный термоядерный реактор. Если человечеству удастся создать эту технологию, оно будет фактически навсегда обеспечено дешёвой и экологически чистой энергией.

Правда, предстоит решить ещё несколько проблем, например, наладить производство тяжёлого изотопа водорода трития, который является стандартным термоядерным топливом.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о получении "звёздных" термоядерных реакций, о том, как можно спасти стенки реактора от разрушения, и о новой перспективной концепции таких устройств.

Сегодня