Новые эксперименты показали положительный эффект сочетания двух классических подходов к управляемому термоядерному синтезу — магнитного и инерциального удержания плазмы. Применение сильного магнитного поля к капсуле с топливом способствует лучшему её сжатию.
Управляемый термоядерный синтезЯвляется самым привлекательным перспективным источником энергии на планете. термоядерного топливаДейтерий присутствует везде. В одном литре воды содержатся 34 миллиграмма этого элемента, в котором заключено почти в триста раз больше энергии, чем в литре бензина.
Термоядерный синтез естественным образом протекает внутри звёзд, но его реализация на Земле представляет собой огромную трудность. Для него необходимо плазму нагреть до температур, сравнимых с температурами в звездных ядрах – десятков или сотен миллионов градусов. Ни один известный материал не способен выдержать такие условия.
Вначале существовали два типа способов подчинить термоядерную энергию — магнитным и инерциальнымУдержание плазмы возможно двумя способами. Первый основан на том, что магнитное поле препятствует движению заряженных частиц поперёк силовых линий. В достаточно сильном поле плазма может некоторое время удерживаться, не касаясь стенок контейнера. Второй способ — инерциальное удержание. Здесь топливо сжимают и разогревают со всех сторон, например, с помощью сверхмощного лазера, настолько сильно и быстро, чтобы оно само загорелось, не успев разлететься.
Создание обоих подходов сопровождается и продолжает сопровождаться множеством трудностей. Термоядерная плазма демонстрирует разнообразные неустойчивости, выбрасывающие её на стенки контейнера в одном случае, и не дающие объему с топливом как следует сжаться — во втором. До управляемого термоядерного синтеза, по словам специалистов, всегда остается тридцать лет, независимо от года прогноза.
Испытывая трудности, учёные продолжают улучшать и комбинировать методы сдерживания термоядерной плазмы. Среди идей: «намагничивание» топлива и обстрел его лазерами. Полагают, что магнитное поле поможет плазме оставаться в ограниченном объёме дольше. оБольшинство топлива успеет сгореть.
Коллектив исследователей, возглавляемый Массачусетским технологическим институтом (MIT), и Ариджита Бозе. изучилаЭксперименты исследуют поведение сильно намагниченной плазмы при сжатии и нагревании. В классической установке для инерциального синтеза топливную капсулу диаметром около миллиметра облучают со всех сторон, чтобы обеспечить максимальную симметрию нагрева и сжатия. Испарение внешней поверхности капсулы создает реактивную силу, толкающую остальную часть ее стенки внутрь, что сжимает топливо до плотности в десятки раз превышающей плотность свинца и нагревает его до сотен миллионов градусов. Сферическая геометрия обеспечивает максимально возможную степень сжатия.
В магнитном поле есть определенное направление — силовые линии, а сферическая симметрия сжатия в нем невозможна. Вместо этого ученые считают, что действие магнитного поля на плазму уравновешивает отклонение от идеальной симметрии.
В ходе новых опытов исследователи помещали капсулу с дейтерием и тритием в импульсную катушку. Катушка создавала магнитное поле до 50 тесла. Магнитное поле на поверхности неодимового магнита составляет 1 тесла, а у Земли — около 0,05 тысячных тесла. Такая мощная сила была необходима для захвата ионов, которые тяжелее электронов и слабее реагируют на магнитное поле. В токамаке поле несколько тесла, поэтому в эксперименте с инерциальным нагревом потребовалось еще более сильное. Лазеры направляли луч на капсулу сверху и снизу.
Магнитное поле до 8 тесла не влияет на имплозию капсулы. При напряженности поля 50 тесла облако плазмы сжалось вдоль силовых линий примерно вдвое сильнее, чем без поля. Авторы исследования утверждают, что именно так проявляется уменьшение теплопроводности плазмы в магнитном поле из-за препятствования движению ионов поперек силовых линий.
И немного о перспективах.
С возникновения мысли о термоядерных источниках энергии… прошлоПрошли уже почти семьдесят лет, и теперь инженеры и учёные рассчитывают на отправку первых киловатт-часов от термоядерных электростанций. в сетьПримерно в период с 2048 по 2051 год. Однако вспомним телескоп имени Джеймса Уэбба: и его пуск неоднократно переносили… было подмеченоПланируемая дата запуска зависит от даты, когда был сделан прогноз, приблизительно линейно, и две линии пересекаются в 2026 году. Сейчас 2022 год, а телескоп уже находится в космосе и… готовитсяНачнём наблюдения. Предполагаем, что у управляемого термоядерного синтеза будет схожая динамика.