Физики плазмы из Южной Кореи сообщили о результатах эксперимента на установке KSTAR до её модернизации. Эксперимент повторил предыдущие рекорды, и для наблюдателей не показался революционным. Однако более подробный анализ отчета указывает на интересный шаг к коммерческому термоядерному реактору.
Согласно публикации в рецензируемом журнале NatureФизики из Южной Кореи достигли длительности удержания плазмы при температуре более ста миллионов градусов, превышающей двадцать секунд. достигалиВ 2020 году это стало беспрецедентным достижением. С того времени экспериментальный сверхпроводящий токамак в Поднебесной … EAST) показалоТемпература была выше и держалась дольше.
Отчет заслуживает внимания. Даже повторение достигнутых показателей плазмы — существенный результат, ведь подобное не всегда удаётся при строгом копировании условий предыдущего опыта. Превышение планки в 100 миллионов кельвинов — важная веха в развитии термоядерной энергетики. Такая температура плазмы считается минимально необходимой для запуска самоподдерживающейся реакции синтеза в токамаках (для других типов реакторов порог отличается). Новый эксперимент отличался от прежних, что также важно.
С точки зрения удобства управления термоядерной реакцией токамаки не самый лучший вариант. Существуют конструкции, позволяющие управлять плазмой эффективнее. Однако тороидальные реакторы проще в устройстве и лучше изучены, поэтому их перспективы среди всех типов установок для управляемого термоядерного синтеза наиболее благоприятны. Кроме того, по материалоемкости и объему камеры они почти оптимальны. Тем не менее, в камеру токамака можно поместить ограниченное количество топлива. Поэтому эффективность реакции после вовлечения всего объема дейтерия и трития получится повысить только, наращивая температуру и как можно дольше сохраняя плазму чистой.
Загрязняет её вещество, которое испаряется или выбивается отдельными ионами из стенок вакуумной камеры реактора. Эти примеси даже в крайне малых количествах ухудшают качество плазмы: понижают температуру и приводят к повышенной нестабильности её характеристик. Существует несколько методов противостояния загрязнениям плазмы. Самый распространенный в установках с магнитным удержанием — «барьер пограничного транспорта». ETBЗамедление движения заряженных частиц в области токамака приводит к тому, что практически ничто кроме нейтронов не достигает стенок вакуумной камеры.
Альтернативный метод не столько замещает ETBЧто дополняет его, то есть «барьер внутреннего транспорта». ITBДля достижения желаемого результата необходим более точный контроль параметров плазмы, позволяющий добиться наибольшей плотности в центре области реакции. Это минимизирует количество вещества, попадающего на стенки вакуумной камеры. KSTAR (Южнокорейский исследовательский токамак на базе сверхпроводника. ) использует именно ITBКроме того, для последних экспериментов, в ходе которых удалось повторить результат, был использован другой подход. FIREБолее точный контроль над быстрыми ионами позволит повысить скорость нагрева плазмы.
Быстродействующие частицы — это ядра дейтерия и трития, лишенные электронов и несущие большую часть энергии реакции. Несмотря на то, что их доля от общего объема вещества в реакторе не превышает 5%, вклад этих ионов в энерговыделение можно назвать определяющим. Суть метода… FIREБлагодаря строгому регулированию параметров реакции быстрые ионы концентрируются в сердцевине плазменного жгута. Это обеспечивает более эффективное использование ресурсов. ITBКроме того, возрастает средняя температура вещества в токарной машине.
Сейчас KSTARПроходит модернизацию, чтобы ученые могли продолжить эксперименты. Проблема в том, что последний опыт пришлось остановить до достижения максимального результата реактором: установка не позволяет удерживать горячую плазму дольше полуминуты. Часть этого времени тратится на выход на рабочий режим, поэтому 100 миллионов градусов держались всего чуть дольше двадцати секунд. После возобновления работы реактора проведут повторный эксперимент для проверки метода FIRE. Южнокорейским специалистам удалось легко повторить свой рекорд, и теперь интересуются: действительно ли разработали новый способ повышения эффективности реакции, или это везение.