Американский стартап Zap Energy объявил о важной вехе в создании экономически эффективного термоядерного реактора. Прототип машины FuZE-Q успешно создал свою первую плазму с электрическим током 500 килоампер (кА) и подтвердил возможность ее удержания. Таким образом Zap Energy достиг одного из ключевых этапов на пути к получению термоядерного синтеза, который будет производить больше энергии, чем тратить. Стартап рассчитывает получить положительный баланс энергии на следующем прототипе своей установки, который сможет выдержать ток 650 кА.
>> У нас есть телеграм-канал Хайтек+. Подписка дает возможность видеть все анонсы самых интересных научных и техно-новостей.
Как сообщает New Altas, технология Zap Energy основана на так называемом Z-пинче— давно известном методе получения и сжатия плазмы. Принцип работы Z-пинча прост: вместо сложной паутины дорогих магнитных катушек и дорогостоящих экранирующих материалов для их защиты системы Z-пинча полагаются на электромагнитное поле, которое генерируется внутри самой плазмы. Это поле фиксирует плазму на месте внутри относительно короткого столба, называемого еще жгутом, и «зажимает» ее, пока она не станет горячей и достаточно плотной для ядерного синтеза. То есть все просто, дешево и эффективно. Но, есть проблема.
Создать установку Z-пинча действительно достаточно просто и какое-то время считалось, что это быстрый путь к бесконечной термоядерной энергии. В совсем простейшем случае она состоит всего из двух электродов, находящихся в среде дейтерия или смеси дейтерия и трития, и батареи высоковольтных импульсных конденсаторов. Но достаточно скоро выяснилось (примерно 70 лет назад), что удержать плазму в стабильном состоянии в виде вытянутого жгута в установке Z-пинча невозможно. Малейшие колебания проводят к усилению магнитного поля с одной стороны и ослаблению с другой, в результате жгут рвется, ток обрывается, магнитное поле исчезает, и вся плазма рассеивается.
Прорыв произошел в 2019 году, когда группа ученых из Вашингтонского университета нашла решение проблемы нестабильности, которая мешала реализации технологии Z-пинча с момента ее создания в 1950-х годах.
Используя явление, которое известно в гидродинамике как осевой поток сдвига, команда продемонстрировала способ сглаживания потоков плазмы, чтобы предотвратить выпуклости и искажения, которые приводили к их схлопыванию.
«Z-пинч долгое время был привлекательным способом осуществления ядерного синтеза, но в течение многих лет исследователи считали нестабильность плазмы Z-пинча непреодолимой проблемой. С помощью моделирования и нового эксперимента мы показали, что осевые потоки сдвига могут стабилизировать плазму и что эта стабильность может поддерживаться в коммерчески выгодных масштабах», — сообщил главный научный сотрудник Zap Energy Ури Шумлак, который был в той самой группе ученых.
Так как система Zap Energy не нуждается в сверхпроводящих магнитах и мощных лазерах для удержания плазмы, то, помимо экономии средств на производство, этот подход позволяет радикально уменьшить размер реакторов. В перспективе компания планирует уместить все необходимые компоненты в объеме, который будет примерно сопоставим с автомобильным гаражом.
В ближайшее время Zap Energy будет работать над более совершенной платформой FuZE-Q. Разработчик планирует обновить блок питания и повысить силу тока до уровня достижения точки «энергетической безубыточности» — момента, когда энергия, выходящая из Z-пинча, будет больше, чем энергия, затрачиваемая на создание плазмы и удерживающего ее магнитного поля. Предварительные расчеты Zap Energy показали, что эквивалентная точка Q=1 будет достигнута при силе тока около 650 кА.
Помимо успешных испытаний, на днях Zap Energy получил еще один стимул для развития своего бизнеса — стартап закрыл инвестиционный раунд серии C на $160 млн. Используя средства, поступившие от Lowercarbon Capital и длинного списка других фондов, разработчик подготовит производственную базу для следующих испытаний и серийного выпуска своих реакторов. Когда именно технология будет готова к коммерческому запуску, пока неизвестно.
***
Хайтек+ уже много месяцев входит в 30-ку лучших каналов Дзена. Подписывайтесь и рекомендуйте нас друзьям.