Німецький стеларатор Wendelstein 7-X задав нові орієнтири для термоядерних реакторів, наближаючи комерційну, практично безмежну екологічно чисту енергію на крок до втілення.
(Зображення надано: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images) Підпишіться на нашу розсилку
Нещодавно завершена дослідна кампанія на стелараторі Wendelstein 7-X в Інституті фізики плазми Макса Планка (IPP) у Грайфсвальді, Німеччина, побила колишні досягнення термоядерного синтезу та встановила новий рівень продуктивності реакторів.
Термоядерний синтез пропонує привабливу можливість отримання невичерпної чистої енергії. Завдяки зіткненню ізотопів (або різних форм) водню за неймовірно високих температур, отримана розпечена плазма електронів та іонів об’єднується у важчі атоми, вивільняючи водночас значну кількість енергії.
Проте, хоча дана реакція синтезу підтримує себе за екстремальних температур і тисків всередині зірок, відтворення цих умов на Землі є серйозним технічним завданням, а поточні проекти реакторів усе ще споживають більше енергії, ніж можуть генерувати.
Стеларатори є однією з найбільш багатообіцяючих конструкцій реакторів, названих так через їхню схожість з реакціями на сонці. Вони використовують потужні зовнішні магніти для управління високоенергетичною плазмою в тороїдальній вакуумній камері та забезпечення стабільного високого тиску. На відміну від простіших токамак-реакторів, які пропускають великий струм через плазму для створення необхідного магнітного поля, зовнішні магніти стелараторів більш ефективно стабілізують плазму під час реакцій синтезу, що в кінцевому підсумку стане необхідним при введенні цієї технології в експлуатацію на комерційні електростанції.
У недавніх експериментах стеларатор W7-X перевершив попередні еталонні показники, встановлені виведеними з експлуатації токамаками JT60U в Японії та JET у Великій Британії, особливо щодо тривалості підтримки плазми.
Найважливіше те, що міжнародна команда виявила, що реактор досяг нового рекордно високого потрійного добутку — важливого індикатора успіху генераторів термоядерного синтезу. Потрійний добуток – це комбінація щільності частинок у плазмі, температури, необхідної для злиття цих частинок, і часу утримання енергії (міра ефективності утримання теплової енергії системою). Певне мінімальне значення, відоме як критерій Лоусона, визначає момент, коли реакція виробляє більше енергії, ніж споживає, і стає самопідтримуваною, тому більший потрійний добуток вказує на більш продуктивну реакцію.
«Новий рекорд – це значне досягнення міжнародного колективу», – сказав Томас Клінгер, керівник операційного відділу Wendelstein 7-X і керівник відділу динаміки та транспорту стелараторів в IPP. «Збільшення рівня потрійного продукту до рівня токамака під час тривалих плазмових імпульсів являє собою ще одну важливу віху на шляху до стеларатора, здатного функціонувати як енергетична установка».
Ключем до успіху цього останнього етапу стала розробка нового інжектора паливних таблеток, який поєднував безперервне поповнення реактора з імпульсним нагріванням для підтримки необхідної температури плазми. Протягом 43 секунд 90 заморожених водневих таблеток були введені в плазму зі швидкістю до 800 метрів за секунду, що приблизно відповідає швидкості польоту кулі. Запрограмовані імпульси потужних мікрохвиль нагрівали плазму, яка досягла максимальної температури 30 мільйонів градусів Цельсія, і ця координація між мікрохвильовими імпульсами та інжекцією таблеток суттєво збільшила час стабільної підтримки плазми.
Ця сама кампанія також підвищила оборот енергії реакції до 1,8 гігаджоулів протягом шестихвилинного запуску, побивши попередній рекорд реактора в 1,3 гігаджоуля, зафіксований у лютому 2023 року. Обіг енергії – це комбінація потужності нагріву та тривалості плазми термоядерного реактора, а також індикатор здатності реактора підтримувати високоенергетичну плазму. Тому це ще один критичний параметр для майбутньої роботи електростанції. Нове значення навіть перевищує рекорд, досягнутий експериментальним вдосконаленим надпровідним токамаком (EAST) у Китаї на початку цього року, що ще раз підтверджує потенціал стелараторів.
«Результати цієї дослідної кампанії – це не тільки цифри. Вони демонструють значний прогрес у підтвердженні концепції стеларатора, що стало реальністю завдяки винятковій міжнародній співпраці», – підсумував Роберт Вольф, керівник відділу нагрівання та оптимізації стеларатора в IPP, у своїй заяві.
Sourse: www.livescience.com