Новости

Jun 13, 2023

Компактный термоядерный реактор шириной всего лишь 3 фута достиг огромного рубежа: ScienceAlert

Ионы внутри компактного термоядерного реактора диаметром всего лишь метр (менее 3 футов)

Ионы внутри компактного термоядерного реактора шириной всего лишь метр (менее 3 футов) были нагреты до магической цифры в 100 миллионов градусов Цельсия (около 180 миллионов градусов по Фаренгейту) впервые в монументальном шаге на пути к тому, чтобы сделать энергию ядерного синтеза практической. реальность.

Исследователи из Tokamak Energy Ltd в Великобритании, Национальной лаборатории Принстона и Ок-Риджа в США и Института энергетических и климатических исследований в Германии достигли рекорда на устройстве сферического токамака (ST), который в отличие от более круглого токамака Дорожки в форме пончика нагретое топливо поступают в реакторы большего размера, удерживают плазму в завихрении в форме яблока, предназначенном для повышения стабильности и практичности выработки электроэнергии.

Ядерный синтез воспроизводит фундаментальные процессы в ядре нашего Солнца и подобных ему звезд, выжимая энергию из объединения меньших элементов в более крупные. Если мы сможем сделать это правильно – а это довольно большое «если» – это может означать практически неисчерпаемый источник энергии, хотя он все еще может нести некоторые риски.

В то время как звезды имеют в своем распоряжении огромную гравитацию для объединения элементов и выделения энергии, мы вынуждены полагаться на тепло. Фактически, очень много тепла, эквивалентное тому, что в несколько раз горячее, чем ядро ​​Солнца.

Приготовление атомарных ингредиентов или ионов до температуры как минимум 100 миллионов градусов Цельсия (фактически, выше 100 миллионов градусов Кельвина, или 8,6 килоэлектронвольт в энергетическом выражении) имеет решающее значение для достижения правильного давления.

«Температура ионов, превышающая 5 кэВ [килоэлектронвольт], ранее не достигалась ни в одном ST и была получена только в гораздо более крупных устройствах со значительно большей мощностью нагрева плазмы», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

В данном случае использовался сферический токамак ST40. Если оставить в стороне оборудование, необходимое для его безопасной работы, сам реактор имеет диаметр всего 0,8 метра, что составляет лишь часть более крупных токамаков, которые могут достигать нескольких метров в диаметре.

По сравнению с более крупными термоядерными реакторами, эти меньшие по размеру устройства дешевле построить, они потенциально более эффективны и стабильны – все это преимущества, если вы хотите сделать технологию коммерчески жизнеспособной.

Для достижения нового температурного рекорда исследователи применили ряд оптимизаций, включая использование самого ST, а также способ подготовки плазмы с точки зрения ее нагрева и плотности электронов.

Некоторые методы были заимствованы из экспериментов «супершот», проведенных в 1990-х годах на термоядерном реакторе Токамак, который намного больше, чем ST40. По сути, этот подход включал в себя подачу большого количества тепла за очень короткий промежуток времени.

Еще один прием оптимизации, примененный учеными, заключался в том, чтобы нагреть положительно заряженные ионы сильнее, чем отрицательно заряженные электроны внутри плазмы. Известный как режим горячих ионов, он помогает увеличить количество реакций и производительность токамака.

«Эти температуры были достигнуты в сценариях с горячими ионами, когда температура ионов превышает температуру электронов, как правило, в два или более раз», — пишут исследователи.

Хотя этот прорыв и другие подобные ему, безусловно, впечатляют, ядерный синтез все еще находится на стадии испытаний, и ему еще предстоит преодолеть множество препятствий, прежде чем его можно будет рассматривать в качестве практического источника энергии. Не все верят, что производство энергии ядерного синтеза в конечном итоге станет возможным, учитывая связанные с этим технические проблемы.

Эти проблемы также подчеркнуты здесь: максимальная температура была достигнута всего за 150 миллисекунд. Прекрасное достижение в лаборатории, но не так много времени, чтобы внести практический вклад в энергосистему.

Тем не менее, каждое открытие приближает нас к конечной цели – и это особенно примечательно, учитывая, что сферические токамаки являются одним из наиболее многообещающих вариантов создания реакций ядерного синтеза, при которых необходимые энергетические и экономические уравнения в конечном итоге обретают смысл.