В Кадараше на юге Франции термоядерный реактор WEST, работающий на вольфраме, установил новый рекорд: плазма с температурой 50 миллионов градусов Цельсия поддерживалась в течение шести минут непрерывно. Несмотря на то что другие реакторы способны достигать более высоких температур, это самое продолжительное время поддержания плазмы при такой температуре. Эксперимент является важным шагом к коммерческому масштабированию чистой, устойчивой и практически неограниченной энергии.
Энергия ядерного синтеза, та же самая, что питает Солнце, является мощнейшим источником энергии, доступным нам в ближайшем будущем. Она производит приблизительно в четыре миллиона раз больше энергии на килограмм топлива, чем ископаемые виды топлива, и не выделяет CO2 и других парниковых газов. Это делает её идеальным средством для достижения целей углеродной нейтральности.
С начала года наблюдается ряд успехов, включая рекордные показатели плотности плазмы и температуры нагрева. До коммерческого запуска термоядерных реакторов необходимо преодолеть множество препятствий. Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) и Французской комиссии по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (CEA) добились значительного прогресса, создав вольфрамовый токамак WEST.
Устройство удерживало сверхгорячую плазму шесть минут, что даёт возможность построить долго работающие реакторы. Нужна новая энергия, которая будет поступать постоянно и беспрерывно. — разъяснил Ксавье Литодон, руководитель проекта и сотрудник CEA, в сообщении PPPL. Устойчивое состояние удалось достигнуть, невзирая на трудности, возникшие вследствие наличия стенки из вольфрама. «, — добавляет он.
Инициирование горения при температуре 50 миллионов градусов на протяжении 6 минут.
WEST — это токамак размером 2,5 квадратных метра с потолками такой же высоты. Для измерения плазменных вспышек исследователи создали новый инструмент, основанный на обнаружении рентгеновских лучей и встроенный непосредственно в реактор. Это устройство, названное «многоэнергетической камерой мягкого рентгеновского излучения», позволяет напрямую оценивать свойства плазмы, например, фактическую температуру электронов в ее ядре (где температура наиболее высока).
ME-SXR имеет ещё одно преимущество: его можно калибровать под различные генерируемые уровни энергии. Прежние приборы были настроены на измерение потоков частиц с одинаковыми уровнями энергии. Такая методика давала данные, которые иногда искажались помехами от радиочастотных волн, используемых для нагрева плазмы. Новый прибор же независимо измеряет все присутствующие энергетические уровни, благодаря чему результаты диагностики не искажаются помехами. Этот детектор способен измерять одну и ту же плазму, независимо от количества содержащейся в ней энергии. «, — объясняет Туллио Барбуи из PPPL.
Токамак удерживал термоядерную плазму при температуре 50 миллионов градусов Цельсия шесть минут с введенной энергией 1,15 гигаджоулей. Энергия, полученная в результате, на 15% превышала показатели предыдущих экспериментов при вдвое большей плотности плазмы. За шесть минут разогрева удалось с высокой точностью определить среднюю температуру электронов, которая составляла около 4 киловольт и демонстрировала высокую стабильность. Полученный результат — это интересное явление. «, — говорит эксперт.
Вольфрамовые стенки для крупномасштабного использования
Предыдущая версия токамака (Tore Supra) обладала более продолжительным временем зажигания. Её внутренняя часть была облицована графитовыми плитками, представляющими собой кристаллическую форму углерода. Углеродные стенки обеспечивают лучший контроль над длительными расплавлениями, но не подходят для крупных реакторов из-за склонности к пропитыванию топливом. Это неидеальный вариант, так как тритий из камеры реактора должен быть эффективно извлечен для повторного введения в плазму.
С другой стороны, вольфрам, по мнению группы исследователей, предпочтительнее, потому что его смачиваемость топливом значительно ниже. В среде, содержащей вольфрамовые стенки, условия труднее, чем в углеродной. «В малых количествах элементы могут перемещаться со стенок то McA ka в плазму, что может привести к перегрузке плазмы примесями,» — поясняет Луис Дельгадо-Апарисио, также сотрудник PPPL.
Специалисты утверждают, что смогут решить эту проблему с помощью нового измерительного устройства, которое также определяет концентрацию примесей в плазме. В результате это позволит разработать стратегии для снижения миграции вольфрама в плазму и тем самым повысить ее энергетическую плотность.
Достигнутые результаты позволят создать более эффективные системы управления для ITER, огромного токамака, возводимого рядом с WEST, который также изготовлен из вольфрама. По словам Дельгадо-Апарисио, успешные эксперименты с WEST можно будет использовать в работе ITER, который после завершения строительства станет крупнейшим автономным токамаком в мире. Следующий этап испытаний WEST начнется осенью текущего года с установкой новых систем, сообщает пресс-релиз CEA.