.
Термоядерный синтез: от мечты к реальности
Термоядерный синтез — это фундаментальный процесс, питающий звезды, включая наше Солнце. В его основе лежит слияние легких атомных ядер, таких как водород, в более тяжелые элементы (например, гелий), сопровождающееся колоссальным выделением энергии. В отличие от ядерного деления, применяемого на современных АЭС, синтез практически не создает долгоживущих радиоактивных отходов и характеризуется значительно более высоким уровнем внутренней безопасности, исключая риск катастрофических аварий.
Однако воссоздать на Земле условия, царящие в недрах звезд, — задача невероятной сложности. Для запуска и поддержания реакции необходимо нагреть топливо до температур в сотни миллионов градусов и удерживать его в стабильном состоянии достаточно долго, чтобы процесс стал самоподдерживающимся. На протяжении десятилетий главной проблемой оставался отрицательный энергетический баланс: экспериментальные установки потребляли больше энергии, чем могли выработать.
Два пути к управлению плазмой: токамаки и стеллараторы
Для удержания раскаленной плазмы в магнитной ловушке разработаны две основные концепции реакторов: токамаки и стеллараторы.
Токамаки, имеющие более простую тороидальную геометрию, создают магнитное поле для удержания плазмы с помощью мощного электрического тока, протекающего в самой плазме. Хотя эта конструкция позволила добиться значительных успехов, поддержание стабильности плазмы в течение длительного времени остается серьезной технической проблемой.
Стеллараторы используют иной подход: сложную систему внешних сверхпроводящих магнитов, скрученных в спираль. Такая конфигурация позволяет создавать стабильную магнитную ловушку без необходимости пропускать ток через плазму. Несмотря на сложность проектирования и сборки, этот принцип считается перспективным для непрерывной (а не импульсной) работы. Крупнейшим и наиболее совершенным стелларатором в мире на сегодня является немецкий Wendelstein 7-X.
Прорывные результаты Wendelstein 7-X: установлены новые рекорды
Международная исследовательская группа из Института физики плазмы Макса Планка в Грайфсвальде (Германия) сообщила о выдающихся результатах экспериментов на реакторе Wendelstein 7-X. Установка превзошла ожидания, установив несколько мировых рекордов, ключевым из которых стало рекордное время стабильного удержания высокотемпературной плазмы — фундаментальный параметр для будущих энергетических реакторов.
Так называемый «тройной продукт» (произведение плотности плазмы, её температуры и времени удержания энергии), определяющий близость к условиям самоподдерживающейся реакции, достиг значений, сопоставимых с лучшими токамаками.
Обратите внимание: Достигнут рубеж в процессе искусственного фотосинтеза.
Преодоление порога критерия Лоусона, когда вырабатываемая энергия превышает затраченную, является следующей критической целью.Руководитель проекта Томас Клингер охарактеризовал достижение как «впечатляющий успех» и «важный шаг на пути к созданию стелларатора, пригодного для работы в составе электростанции». Эти результаты убедительно доказывают жизнеспособность и высокий потенциал стеллараторного подхода.
Технологический секрет успеха: инновационная подача топлива
Прорыв стал возможен благодаря внедрению передовой системы инжекции топлива. Исследователи разработали специальный инжектор, который с высокой скоростью (до 800 метров в секунду) вбрасывает в плазму сотни микроскопических замороженных гранул водорода.
Этот точный метод подачи топлива, синхронизированный с нагревом плазмы мощными микроволновыми импульсами до температур около 30 миллионов градусов Цельсия, позволил добиться рекордной для стеллараторов продолжительности стабильного удержания — 43 секунды.
Длительный контроль над плазмой напрямую влияет на количество энергии, которое может генерировать реактор. В ходе эксперимента был установлен еще один рекорд: за шесть минут работы реактор произвел 1,8 гигаджоуля энергии, что значительно превышает показатели других установок, таких как китайский токамак EAST.
Дорога к коммерческой энергии синтеза: горизонты и вызовы
Полученные результаты укрепляют позиции стеллараторов как одного из ключевых направлений для будущих термоядерных электростанций. Их главное преимущество — способность к потенциально непрерывной и стабильной работе без использования сложного для управления внутреннего тока плазмы, что крайне важно для коммерческой эксплуатации.
Роберт Вольф, руководитель отдела нагрева и оптимизации Wendelstein 7-X, отметил, что успех стал плодом образцового международного сотрудничества, что вселяет уверенность в осуществимости проекта управляемого термоядерного синтеза в долгосрочной перспективе.
Несмотря на эпохальный прорыв, путь к «термоядерной розетке» еще долог. Следующая грандиозная задача — преодолеть критерий Лоусона и добиться положительного энергетического выхода (Q>1). После этого встанут не менее сложные инженерные вопросы: создание масштабируемых, надежных и экономически эффективных демонстрационных, а затем и промышленных электростанций.
Однако каждый новый рекорд и технологическое достижение, подобное этому, приближают человечество к заветной цели — обладанию чистым, безопасным и практически неисчерпаемым источником энергии.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.