Термоядерна енергія близька як ніколи: нове відкриття вирішує велику проблему

У чому полягає відкриття

Як повідомляє дослідження в журналі Physical Review Letters, фахівці описали новий підхід до досягнення так званого термоядерного запалювання. Це критичний стан, коли плазма самостійно підтримує необхідну високу температуру завдяки внутрішнім реакціям синтезу, без потреби у постійному зовнішньому живленні. Автори роботи навели просту метафору: якщо запалювання уявити як долину за високим гірським хребтом, то новий метод пропонує обійти гори, а не лізти на саму вершину.

Багато компаній прагнуть піднятися на гору прямо в лоб і витрачають величезну кількість енергії, щоб дістатися туди. Натомість обійдіть вершину. Ви дійдете туди значно розумнішим способом і використаєте набагато менше сил,
– прокоментував фізик Луїс Дельгадо-Апарісіо.

В основу ідеї лягло розширення класичного критерію Лоусона, який фізики сформулювали ще у 1950-х роках для визначення умов термоядерного запалювання. Команда з Принстона додала до традиційних математичних моделей чотири додаткові фактори: накопичення відпрацьованого гелієвого попелу, потрапляння домішок зі стінок реактора, радіаційні втрати у вигляді синхротронного випромінювання та природний витік тепла з плазми.

Раніше науковці вивчали ці ефекти лише окремо. Коли ж їх об'єднали в одну систему, розрахунки вказали на оптимальну траєкторію з мінімальними енергетичними витратами, яку математики називають сідловиною Корді. Згідно з отриманими даними, набагато ефективніше спочатку сильно нагріти плазму і тільки потім збільшувати її густину за допомогою палива, а не діяти у зворотному порядку.

Підступний вольфрам і природні запобіжники

Моделювання виявило ще одну серйозну загрозу: навіть мікроскопічна частка вольфраму здатна зірвати процес термоядерного синтезу. Оскільки цей тугоплавкий метал планують активно застосовувати для захисту стінок у багатьох проєктах реакторів, інженерам доведеться максимально надійно ізолювати розпечену плазму від контакту з корпусом.

Водночас дослідники натрапили й на природні стабілізатори процесу. Втрати випромінювання та витік тепла хоч і ускладнюють первинний запуск реакції, але допомагають утримувати плазму в стабільному стані після її розпалювання.

Хоча нам потрібні додаткові дослідження, ці результати надихають і вказують чіткий напрямок для майбутньої роботи в цій галузі,
– додав фізик Джонатан Менард.

Нова теоретична основа допоможе зекономити час і кошти під час проєктування установок наступного покоління. Як раніше писав 24 Канал, подібні складні завдання з утримання високотемпературної плазми вже вирішують на практиці, зокрема, коли будують сучасний експериментальний термоядерний реактор BEST.

Хоча вчені поки не проводили реальних випробувань нової концепції, запропоновані розрахунки дають інженерам чітку дорожню карту для швидшого будівництва комерційних термоядерних електростанцій.