Експериментальний реактор ядерного синтезу в Китаї, який часто називають «штучним сонцем», досяг ключової віхи, підтримуючи плазму високої щільності за межами, встановленими раніше. Цей прогрес наближає людство до давньої мети практично невичерпної чистої енергії, хоча практичне застосування залишатиметься недосяжним протягом десятиліть.
Виклик ядерного синтезу
Ядерний синтез, процес, який живить Сонце, обіцяє надлишок енергії без радіоактивних відходів, пов’язаних із ядерним поділом або викидів парникових газів від викопного палива. Однак відтворити цей процес на Землі неймовірно складно. Однією з головних проблем є підтримання стабільної плазми : перегрітої речовини, в якій зливаються атоми. Плазма має тенденцію ставати нестабільною при високій щільності, зупиняючи реакцію. Ця нестабільність регулюється так званою межею Грінвальда.
Як Китай подолав межу
Експериментальний передовий надпровідний токамак (EAST) у Китаї подолав цю межу, ретельно контролюючи взаємодію плазми зі стінками реактора. Дослідники налаштували початковий тиск паливного газу та частоту мікрохвильового нагріву, щоб підтримувати стабільність плазми при густині між 1,3 та 1,65 граничними значеннями Грінвальда. Це дозволило їм досягти раніше теоретизованого стану, який називається “режимом без щільності”, де стабільність зберігається навіть при зростанні щільності.
«Результати вказують на практичний і масштабований шлях для розширення обмежень щільності в токамаках і передових термоядерних пристроях з горінням плазми». — Пін Чжу, співавтор дослідження
Це не перше перевищення ліміту Грінвальда. Сайт DIII-D Управління енергетики США та дослідники з Університету Вісконсін-Медісон також досягли подібних успіхів. Однак успіх EAST знаменує собою перший випадок, коли плазму підтримували в режимі без щільності, що підтверджує теорію під назвою самоорганізація плазмової стінки (PWSO). PWSO припускає, що збалансована взаємодія між плазмою та стінками реактора може стабілізувати навіть надзвичайно щільну плазму.
Чому це важливо?
Дослідження термоядерного синтезу є повільним, поетапним процесом. Хоча практична енергія термоядерного синтезу залишилася ще десятиліттями, подолання межі Грінвальда є важливим кроком вперед. Збільшена щільність дозволяє атомам частіше стикатися, зменшуючи енергію, необхідну для ініціювання самопідтримуючої реакції.
Китай і США співпрацюють над Міжнародним термоядерним експериментальним реактором (ITER) у Франції, найбільшим у світі токамаком, який, як очікується, почне виробляти повномасштабні реакції термоядерного синтезу до 2039 року. Прогрес на таких об’єктах, як EAST, безпосередньо вплине на розробку майбутніх реакторів, розсуваючи межі того, що можливо в термоядерному синтезі.
Незважаючи на успіхи, термоядерний синтез залишається експериментальною наукою. Хоча потенціал величезний, він не вирішить поточну кліматичну кризу. Однак він може стати стійким джерелом енергії для майбутніх поколінь.
