Токамаки – це пристрої, що використовуються у термоядерному синтезі з магнітним утриманням. У цих реакціях потужне магнітне поле використовується для контролю і утримання гарячої плазми термоядерного палива в активній зоні реактора. Плазма нагрівається до високих температур за допомогою інжекції нейтрального пучка або радіочастотного нагріву. Основна мета – підтримувати стабільний стан плазми, в якому реакції термоядерного синтезу можуть відбуватися безперервно, забезпечуючи безмежне джерело енергії.
Нещодавнє дослідження, проведене вченими з Окриджської національної лабораторії (ORNL), Принстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) і Tokamak Energy Ltd, свідчить про значний прорив у дослідженні енергії термоядерного синтезу. Команда досягла температури майже 100 млн градусів за Цельсієм, необхідної для того, щоб термоядерні електростанції могли виробляти комерційну енергію.
Крім того, вони досягли високих температур у компактному токамаку, чого раніше ніхто не робив!
У цьому дослідженні вчені зосередилися на вдосконаленні умов роботи високопольового сферичного токамака (ST) під назвою ST40. Порівняно з іншими термоядерними пристроями, пристрій ST40 вирізняється меншим розміром і сферичною плазмою.
Команда використала підхід, подібний до того, що був застосований у 1990-х роках у токамаку TFTR, який генерував понад 10 млн ват потужності термоядерного синтезу. ST40 працював у тороїдальному (пончикоподібному) магнітному полі з напруженістю трохи вище 2 Тесла.
Для нагрівання плазми команда використала 1,8 млн ват високоенергетичних нейтральних частинок. Хоча плазмовий розряд, або період, коли активно відбувалися термоядерні реакції, тривав лише 0,15 секунди, температура іонів в ядрі досягала понад 100 млн градусів за Цельсієм.
Для вимірювання температур іонів команда використовувала транспортний код TRANSP, розроблений в PPPL. Цей код корисний тим, що враховує виміряні температурні профілі домішок і дейтерію, основного палива, що використовується в термоядерних реакторах.
Вони виявили, що температурний діапазон для домішок перевищує 8,6 кеВ (приблизно 100 млн градусів за Цельсієм), тоді як температурний діапазон для дейтерію – близько цього значення. Цей висновок свідчить про те, що метод нагрівання, який використовувався в експерименті, ефективно дозволив досягти бажаних високих температур.
Результати дають оптимізм щодо майбутнього розвитку термоядерних електростанцій на основі компактних сферичних токамаків з високим полем. Ці досягнення можуть привести до більш ефективних і економічно життєздатних рішень в галузі термоядерної енергетики, пропонуючи багатообіцяючий шлях до сталого і чистого виробництва енергії.
Читайте також: