Применив ядерный реактор синтеза Madison Symmetric Torus, группа ученых впервые в истории смогла превысить так называемый предел Гринвальда в 10 раз.
Это теоретический предел плотности, после которой, согласно расчетам, плазма в реакторах становится крайне нестабильной. И ранее ученым удавалось-таки этот предел превышать. Правда, всего в два раза.
Но в этот раз произошел настоящий прорыв, который может дать серьезный толчок в развитии термоядерной энергии и, возможно, сделает человечество еще на один шаг ближе к его заветной мечте – полноценно работающему термоядерному реактору.
Термоядерный синтез вот уже на протяжении многих десятилетий считается настоящей вехой развития и конечным источником энергии для всего человечества. Ведь данный источник энергии практически неисчерпаем.
Здесь выработка энергии происходит по тому же принципу, как происходит выработка энергии в ядрах звезд, где атомы разогреваются и конденсируются до неимоверно больших температур и плотности, что дает возможность им сплавляться вместе с образованием более тяжелых ядер.
И вот во время этого процесса слияния выделяется просто колоссальное количество энергии, которую ученые и хотят научиться применять на Земле, искусственно моделируя этот процесс в специальных реакторах.
Для этих целей были разработаны так называемые Токамаки – устройства в форме пончика, в котором плазма перемешивается за счет использования магнитного поля и электрического тока.
И, по словам Ноа Херста, ученого из Висконсинской лаборатории физики плазмы (WiPPL) при Университете Висконсин-Мэдисон (США), именно такие устройства – самые главные кандидаты на создание настоящего термоядерного реактора, способного производить энергию точно так же, как это происходит на нашем родном Солнце.
Да, токамаки вполне эффективно удерживают плазму высокой плотности и температуры, и процесс слияния атомов протекает в них. Вот только вся конструкция крайне нестабильна особенно по мере роста плотности плазмы. И как только плазма перестает быть стабильной, начинается процесс передачи энергии стенкам токамака, что в конечном итоге приводит к полному остыванию плазмы.
Увеличение же плотности плазмы нужно для того, чтобы получать полезную энергию от термоядерного синтеза. И тут работает простое правило – чем выше плотность, тем эффективнее идет реакция термоядерного синтеза.
При этом уже практически 40 лет тому назад физик Мартин Гринвальд высчитал теоретический предел плотности плазмы, после которого плазма токамака становится крайне нестабильной. Данный предел выражается в соотношении между плотностью плазмы и произведением тока плазмы и ее размера.
И вот на протяжении последних десятилетий ученым удалось превысить ранее рассчитанный предел всего-то в два раза.
Но теперь был совершен настоящий большой скачок в этом направлении, и предел был превышен в 10 раз.
Результатами проделанной работы ученые поделились на страницах портала Physical Review Letters.
А вот что по поводу преодоления предела сразу в 10 раз говорит эксперт:
«Обнаруженная нами необычная способность работать далеко за пределом Гринвальда важна для увеличения производства термоядерной энергии и предотвращения повреждения установок».
Получается, что этот действительно феноменальный результат нельзя достигнуть на обычных токамаках?
Ведь для постановки данного эксперимента группа WiPPL применила Мэдисонский симметричный торус (MST) – специализированный реактор, который был разработан для изучения пинча обратного поля.
И вот в этой конфигурации плазма, которая движется внутри тора, обладает внутренним магнитным полем. И по мере удаления от центра кольца плазмы магнитное поле изменяет свое направление.
Более того, MST оснащен гораздо более толстыми стенками, сделанными из высокопроводящего материала для увеличения стабильности плазмы.
Кроме этого, источники тока были настроены так, чтобы выдавать постоянный ток в 50 000 Ампер для каждого плазменного цикла.
И вот в результате эксперимента ученым удалось получить просто беспрецедентный результат, который сильно удивил ученых.
Выполнив первичный анализ полученных данных, ученые пришли к заключению, что, по сути, максимальная плотность плазмы определяется лишь материальными ограничениями, а не той самой пресловутой нестабильностью плазмы в принципе. То есть именно конструкция реактора сыграла ключевую роль в таком существенном превышении предела Гринвальда.
Однако ученые отмечают, что такие, безусловно выдающиеся результаты, будет практически невозможно применить в других токамаках, а все потому что как отметил Херст:
«Наши результаты были получены в плазме со слабым магнитным полем и низкой температурой, что не позволяет получать энергию путем термоядерного синтеза". Тем не менее, мы продолжим изучать эти плазмы и думаем, что полученные нами знания могут помочь более мощным термоядерным устройствам работать при более высоких плотностях, которые необходимы для успеха».
Ну что ж, прорыв-то, конечно, есть, но до реализации мечты в виде полноценно работающего термоядерного реактора, еще очень далеко.
