RW Space

Ионы внутри компактного термоядерного реактора диаметром едва ли метр (менее 3 футов) нагрелись до магической цифры в 100 миллионов градусов Цельсия. (около 180 миллионов градусов по Фаренгейту) впервые в монументальном шаге к выработке энергии ядерного синтеза практическая реальность.

Исследователи из Tokamak Energy Ltd в Великобритании, стиль Национальная лаборатория Принстона и Ок-Риджа в США и Институт исследований энергетики и климата в Германии установили рекорд по устройству на сферическом токамаке (ST) , который, в отличие от более круглых путей в форме пончика, по которым идет нагретое топливо в более крупных реакторах, удерживает плазму в завихрении в форме яблока с сердцевиной, предназначенном для повышения стабильности и практичности выработки электроэнергии.

Ядерный синтез воспроизводит фундаментальные процессы в ядре нашего собственного Солнца и подобных ему звезд, выжимая энергию из слияния меньших элементов в более крупные. Если мы сможем сделать это правильно — а это довольно большое «если», — это означает практически неисчерпаемый источник чистой энергии без вредных выбросов.

Где звезды имеют в своем распоряжении огромное количество гравитации для плавления элементов. и высвобождать энергию, мы вынуждены полагаться на тепло. На самом деле, много тепла, в несколько раз превышающего температуру ядра Солнца.

Приготовление атомных ингредиентов или ионов до температуры не менее 100 миллионов градусов по Цельсию (фактически все, что выше 100 миллионов градусов по Кельвину, или 8,6). килоэлектронвольт в энергетическом выражении) имеет решающее значение для достижения правильного давления.

«Ионные температуры свыше 5 кэВ [килоэлектронвольт] ранее не достигались ни в одном СТ и были получены только в гораздо более крупных устройствах с существенно больше мощности нагрева плазмы», — пишут исследователи в опубликованной статье.

В данном случае использовался сферический токамак под названием ST40. Не считая оборудования, необходимого для его безопасной работы, сам реактор имеет всего 0,8 метра в поперечнике, а это лишь небольшая часть более крупных токамаков, которые могут достигать нескольких метров в диаметре.

По сравнению с более крупными термоядерными реакторами эти устройства меньшего размера дешевле в изготовлении и потенциально более эффективны и стабильны — все преимущества, если вы хотите сделать технологию коммерчески жизнеспособной.

Исследователи применили ряд оптимизаций для достижения нового температурного рекорда, включая использование самого ЗТ и способ подготовки плазмы с точки зрения ее нагрева и электронной плотности.

Некоторые методы были заимствованы из экспериментов «сверхвыстрелов», проведенных в 1990-х годах на Токамакском термоядерном испытательном реакторе, который намного больше, чем ST40. По сути, подход заключался в подаче большого количества тепла за очень короткий промежуток времени.

Другой прием оптимизации, примененный учеными, заключался в том, чтобы нагреть положительно заряженные ионы больше, 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 режима горячих ионов, где температура ионов превышает температуру электронов, как правило, в два или более раза», — пишут исследователи.

Хотя этот прорыв и другие подобные ему, безусловно, захватывающие, ядерный синтез все еще находится в стадии испытаний, и перед ним предстоит преодолеть множество препятствий. можно рассматривать как практический источник энергии. Не все верят, что производство энергии на основе 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 таким образом, чтобы необходимые энергетические и экономические уравнения в конечном итоге имели смысл.

«Эти результаты впервые демонстрируют, что температуры ионов, имеющие значение для коммерческого магнитного удержания термоядерный синтез может быть получен в компактном высокопольном СТ и служит хорошим предзнаменованием для термоядерных электростанций на основе сильнопольного СТ», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в журнале Nuclear Fusion.