Корейский термоядерный реактор установил новый рекорд по выработке плазмы с температурой 100 миллионов градусов
Модернизация корейского термоядерного реактора «искусственное Солнце» дала еще один рекордный результат: новые компоненты способны лучше выдерживать высокие температуры и поддерживать вращающийся шар плазмы с температурой 100 миллионов градусов в течение почти 50 секунд.
Это скачок почти на 20 секунд по сравнению с корейским сверхпроводящим реактором перспективных исследований токамак (KSTAR), который в последние годы бьет свои собственные рекорды по тому, как долго он может генерировать и удерживать безумно горячую плазму в своем пончиковом корпусе.
При температуре 100 миллионов градусов Цельсия тяжелые изотопы водорода в плазме (горячем облаке ионизированного газа) вынуждены сливаться вместе, выделяя энергию в мода, похожая на то, что происходит в ядре Солнца. Однако задача ядерного синтеза, который обещает более чистую и почти безграничную энергию, состоит в том, чтобы сдержать эту извивающуюся петлю плазмы с помощью магнитных полей.
Последний результат KSTAR впечатляет, поскольку он сталкивается с некоторыми ключевыми проблемами на этом пути. к термоядерной энергии, хотя другие термоядерные реакторы того же класса технологий раздвинули границы еще дальше.
Испытывая новые компоненты, KSTAR прокладывает путь для Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) – который может стать крупнейшим в мире термоядерным реактором токамак, если он сможет преодолеть бюджетные разрывы и технические препятствия.
Новый рекорд KSTAR, объявленный Корейским институтом термоядерной энергетики (KFE) на прошлой неделе, обусловлен проведенными модернизациями в 2023 году к дивертору реактора, компоненту, который выдерживает самые высокие температуры внутри реактора, одновременно отводя отходы.
Дивертор KSTAR теперь сделан из вольфрама, который имеет очень высокую температуру плавления, но не поглощает плазменное топливо подобно губке или реагирует с ним так, как это делали предыдущие диверторы на основе углерода.
Установка новых диверторов была завершена в прошлом году, что помогло увеличить рекордное время термоядерного синтеза KSTAR до 48 секунд в его последней модели. 3 месяца по сравнению с полминутой в 2021 году.
«Несмотря на то, что это был первый эксперимент, проведенный в среде новых вольфрамовых диверторов, тщательное тестирование оборудования и подготовка кампании позволили нам достичь результатов, превосходящих результаты предыдущие рекорды KSTAR за короткий период», — пояснил в своем заявлении Си-Ву Юн, директор Исследовательского центра KSTAR.
Однако работу дивертора при температурах, в семь раз превышающих солнечную, необходимо было доказать. ; это ни в коем случае не было гарантированно.
Исследователи KFE ожидали, что он будет работать так же, как дивертор на основе углерода, но существовал риск, что вольфрам может разрушиться или что новая установка не сработает. генерировать плазму. Изменился не только материал дивертора, но и его форма.
«В начале кампании температура внутренней стенки токамака не поднималась должным образом», — говорит физик KFE Хёнсок Ким, но исследователям удалось быстро приспосабливайтесь к новым условиям эксплуатации, чтобы управлять плазмой магнитными полями.
Вольфрамовый дивертор был не единственным обновлением, помогавшим улучшить характеристики KSTAR. Исследователи KFE, сотрудничающие с Принстонской лабораторией физики плазмы Министерства энергетики США и написавшие в журнале Nature Communications в феврале, описали, как они нашли способ стабилизировать слабые места на границах плазмы, вызванные незначительными дефектами в магнитных катушках, удерживающих плазму в место.
Это улучшение привело ко второй важной вехе – удержанию плазмы в высокоэффективном состоянии, называемом режимом высокого заключения или «H-режимом» для 102 секунды. Предыдущие попытки были ограничены несколькими секундами, прежде чем производительность резко упала.
В идеале полностью работоспособная термоядерная электростанция должна работать при критических температурах. в H-режиме на периоды, достаточные для создания устойчивого источника энергии. Эти достижения представляют собой колоссальный шаг на пути к этой цели.
Хён Сон Хан, физик плазмы из исследовательской группы высокопроизводительных сценариев KFE, говорит, что в настоящее время команда просматривает эту последнюю партию экспериментальных данных. , которые будут использоваться в подготовке ИТЭР, сборе результатов для публикации и планировании следующей кампании.
Хан надеется, что вскоре они смогут преодолеть 50-секундную отметку на пути к конечной цели проекта — достижению 300 секунд работы плазмы с температурой более 100 миллионов градусов к концу 2026 года.
Это в шесть раз дольше, чем текущий рекорд KSTAR, и все же на несколько минут короче, чем у китайского экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего токамака (EAST), который апреля прошлого года, могли генерировать и поддерживать плазму в течение почти семи минут.
Но для включения термоядерных реакторов и генерации плазменных реакций в течение даже нескольких секунд требуется огромное количество энергии – поэтому их способность генерировать большое количество до чистой энергетики еще несколько десятилетий.
