Корейский термоядерный реактор устанавливает новый рекорд
Ученые из Корейского научно-исследовательского института термоядерной энергии, известного как Корейский сверхпроводящий токамак (KSTAR), объявили, что им удалось поддерживать плазму при температуре 100 миллионов градусов в течение 30 секунд. Стабильность плазмы при таких высоких температурах указывает на то, что мы близки к созданию жизнеспособного термоядерного реактора.
Содержание статьи:
Термоядерный синтез является одной из наиболее перспективных технологий для производства энергии будущего без парниковых газов. Будучи формой энергии, которая является «чистой», безопасной (нет риска утечки реакции) и стабильной (фактически не требуется топливо), термоядерная энергия может произвести революцию в этой отрасли и внести положительный вклад в борьбу с изменением климата. Однако на Земле не так просто воспроизвести реакции, происходящие в центре звезды.
Несмотря на десятилетия исследований, даже самые современные установки редко выдерживают ионизированные материалы при температуре свыше 100 миллионов градусов Цельсия в течение десятков секунд. Это необходимое условие для синтетических реакций и процессов производства энергии. Экспериментальная группа KSTAR объявила о новом прорыве в этой области. Многочисленные быстрые ионы, стабилизирующие турбулентность в центральной плазме, создают плазму с температурой 100 миллионов Кельвинов. или накопления примесей», — резюмируют исследователи в журнале.
Манипулирование магнитным полем для повышения стабильности
В 2016 году эксперимент KSTAR установил первый мировой рекорд по поддержанию температуры плазмы в 50 000 миллионов градусов в течение 70 секунд; в 2018 году эксперимент превысил 100 миллионов градусов всего за 1,5 секунды. Однако команда стремится увеличить это время, поддерживая плазму при той же температуре в течение 8 секунд в 2019 году и 20 секунд в 2020 году. Благодаря усовершенствованным методам управления плазмой и оптимизированным условиям магнитного поля, команда смогла поддерживать очень горячую плазму в течение 30 секунд.
Читайте также: Сферический термоядерный реактор достигает температуры, необходимой для коммерческой эксплуатации
Это первый в мире сферический Токамак, и Токама Ценерист-40 достиг температуры плазмы в 100 миллионов градусов Цельсия. Это порог, необходимый для..
Для удержания плазмы (поскольку она охлаждается при контакте со стенками реактора и останавливает реакцию) используется несколько методов. Большинство экспериментальных установок основано на магнитном удержании, которое достигается в Токамаки. Другие используют инерционный захват; KSTAR, строительство которого было завершено в 2007 году, является одним из первых Токамаков, где используется магнитное удержание и применяются тороидальные и локальные сверхпроводящие магниты.
Могут использоваться различные формы магнитных полей. Некоторые эксперименты используют S O-Caled Edge Transport Barriers (KTBs). Это «барьеры» вокруг плазмы, которые предотвращают выброс тепла и плазмы из-за резкого падения давления на стенки реактора. Другие используют внутренние транспортные барьеры (ВТБ), которые создают более высокое давление вблизи центра плазмы. Однако оба подхода могут создавать значительные нестабильности.
Корейская команда испытала новое оборудование и модифицировала ITB. В результате плотность плазмы была значительно ниже. Результатом такого подхода является повышение температуры ядра плазмы и снижение периферийной, что, возможно, продлит срок службы компонентов реактора. «Этот режим перспективен для коммерческих термоядерных реакторов, поскольку он редко встречается и может надежно поддерживаться без сложного управления», — пишут исследователи.
Цель — 300 секунд в 2026 году
Плотность плазмы ниже, чем в других экспериментах с термоядерными реакциями, но это компенсируется более высокой ядерной температурой. По мнению команды, низкая плотность плазмы в сочетании с умеренными входными силами является ключом к установлению желаемого режима путем поддержания высокой доли «быстрых» (или более энергичных) ионов, которые помогают стабилизировать плазму. «Быстрые ионы» (огонь).
Из-за аппаратных ограничений реакция остановилась через 30 секунд, но это время можно увеличить. Цель — поддерживать плазму при температуре 100 миллионов градусов в течение 300 секунд к 2026 году, сообщает Business Korea. Для достижения этой цели планируется заменить углеродный компонент вольфрамовых стенок, чтобы улучшить источник энергии и предотвратить повышение температуры внутренней стенки.
Следует отметить, что рекорд по поддержанию плазмы в настоящее время принадлежит китайскому экспериментальному сверхпроводящему токамаку (Восток). Он поддерживал плазму при температуре 70 миллионов градусов Цельсия в течение 17 минут (1056 секунд) в декабре 2021 года. Совсем недавно торус, установленный в Оксфорде или Jet European Torus) также побил рекорд и выработал беспрецедентное количество энергии: 59 магаджоулей за 5 секунд.
Несмотря на эти достижения, все еще существует большая неопределенность в отношении того, как эта физика может быть адаптирована к крупномасштабным устройствам, таким как электростанции. В частности, необходимо найти метод эффективного отбора тепла из реактора. В противном случае такие установки будут просто бесполезны.
