Китайський термоядерний реактор EAST успішно підтримував стабільність плазми за екстремальних щільностей, досягнувши важливої віхи в галузі термоядерного синтезу та потенційно наблизивши людство до володіння майже безмежною чистою енергією.
Експериментальний вдосконалений надпровідний токамак (EAST), інакше званий китайським «штучним сонцем», схильний до встановлення рекордів у сфері термоядерного синтезу. (Зображення: Zhang Dagang/VCG via Getty Images) Підпишіться на нашу розсилку
Китайський термоядерний реактор, відомий як «штучне сонце», подолав важливу межу термоядерного синтезу, вивівши плазму за межі стандартного робочого діапазону, сприяючи поступовому прогресу людства до майже необмеженої чистої енергії.
Експериментальний вдосконалений надпровідний токамак (EAST) підтримував стійкість плазми – високоенергетичного четвертого стану речовини – при надмірних густинах, що раніше вважалося серйозною перешкодою на шляху розвитку ядерного синтезу, як зазначено у повідомленні, опублікованому Китайською академією наук.
Ядерний синтез відкриває перспективи для майже невичерпного виробництва чистої енергії. Інакше кажучи, енергії без значних ядерних відходів або газоподібних викидів, що утворюються в процесі спалювання копалин, які призводять до глобального потепління. Нові результати, оприлюднені 1 січня в журналі Science Advances, можуть наблизити наш вид на крок до освоєння цього енергетичного джерела, яке, на думку деяких дослідників, ми могли б використовувати протягом багатьох десятиліть.
Проте, технологія ядерного синтезу розробляється вже понад 70 років, і вона все ще залишається переважно експериментальною наукою, де реактори, як правило, споживають більше енергії, ніж здатні генерувати. У той же час, кліматологи закликають до значного зменшення газоподібних викидів вже зараз, оскільки наслідки зміни клімату вже відчуваються у всьому світі. Тому ядерний синтез навряд чи стане дієвим вирішенням поточної кліматичної кризи, але може забезпечити енергією нашу планету в майбутньому.
Термоядерні реактори сконструйовані для об'єднання двох легких атомів в один важкий атом за допомогою тепла і тиску. Таким чином, вони виробляють енергію подібно до сонця. Однак тиск на Сонці набагато більший, ніж у земних реакторах, тому вчені компенсують це, утримуючи гарячу плазму за температур, значно вищих за сонячні.
Китайський реактор EAST — це реактор з магнітним утриманням, або токамак, призначений для безперервного горіння плазми протягом тривалого періоду. Реактор нагріває плазму і утримує її всередині камери у формі тора за допомогою потужних магнітних полів. Реактори токамак ще не досягли запалювання термоядерного синтезу, тобто точки, коли процес синтезу стає самодостатнім, але реактор EAST збільшує тривалість, протягом якої він може підтримувати стійкий, сильно обмежений цикл плазми.
Однією з перешкод для дослідників термоядерного синтезу є межа щільності, іменована межею Грінвальда, за якою плазма зазвичай стає нестійкою. Ця межа становить проблему, оскільки, хоча вищі щільності плазми дозволяють більшій кількості атомів зіштовхуватися один з одним, тим самим зменшуючи енергетичні витрати на запалювання, нестійкість також руйнує реакцію термоядерного синтезу.
Щоб подолати межу Грінвальда, вчені з EAST ретельно регулювали взаємодію плазми зі стінками реактора, контролюючи два основні параметри під час запуску реактора: початковий тиск паливного газу і нагрівання електронним циклотронним резонансом, або частоту, з якою електрони в плазмі поглинали мікрохвилі. Це підтримувало стійкість плазми при екстремальних щільностях, що в 1,3-1,65 раза перевищують межу Грінвальда — що значно вище звичайного робочого діапазону токамака від 0,8 до 1, згідно з дослідженням.
Це не перший випадок подолання межі Грінвальда. Наприклад, токамак DIII-D Національного термоядерного комплексу Міністерства енергетики США в Сан-Дієго подолав цю межу у 2022 році, а у 2024 році дослідники з Університету Вісконсина-Медісона у Вісконсині оголосили, що за допомогою експериментального пристрою їм вдалося підтримувати стабільну плазму токамака приблизно в 10 разів вище межі Грінвальда.
Однак, досягнення на EAST дозволило дослідникам вперше нагріти плазму до раніше теоретично встановлених станів, які називаються «режимом без густини», де плазма залишалася стабільною при збільшенні густини. Дослідження базується на теорії, яка називається самоорганізацією плазмових стінок (PWSO), яка припускає, що режим без густини можливий, коли взаємодія між плазмою і стінками реактора перебуває в ретельно збалансованому стані, йдеться у повідомленні.
Прогрес, досягнутий на EAST та в США, вплине на проектування нових реакторів. Китай та США беруть участь у програмі Міжнародного термоядерного експериментального реактора (ITER), яка є співпрацею багатьох країн з метою будівництва найбільшого у світі токамака у Франції.
ITER буде ще одним експериментальним реактором, призначеним для створення стійкого термоядерного синтезу в наукових цілях, але може прокласти шлях для термоядерних електростанцій. Очікується, що реактор ITER почне виробляти повномасштабні реакції синтезу у 2039 році.
Sourse: www.livescience.com