Нов начин за създаване на плазма с рекордна температура е тестван в корейския токамак

Според публикация в рецензираното списание Nature физиците в Южна Корея са успели да задържат плазмата при над 100 милиона келвина за повече от 20 секунди. Стойностите са впечатляващи, но не и рекордни. Преди това те вече са били постигани на същата инсталация. И тогава, през 2020 г, това. беше ненадминат резултат.

Но оттогава "създаденото от човека слънце" в Китай (китайски експериментален свръхпроводим токамак, EAST) е показал по-високи температури и ги е задържал по-дълго.

Последният доклад все пак заслужава внимание. Първо, дори повторението на вече постигнати параметри на плазмата е значителен резултат. Това невинаги се получава дори при стриктно повторение на условията на предишния експеримент. Второ, увереното превишаване на летвата от 100 милиона келвина е важен крайъгълен камък в развитието на термоядрената енергетика. Тази температура на плазмата се счита за минималната, необходима за започване на самоподдържаща се термоядрена реакция в токамаците (прагът е различен за други типове реактори). И накрая, трето, условията на новия експеримент са много различни от предишните и това е важно.

От гледна точка на удобство за поддържане на термоядрена реакция токамаците не са най-добрият избор. Има варианти на установки, които позволяват по-добро управление на плазмата. Тороидалните реактори обаче са по-прости и по-добре изучени, така че техните перспективи сред всички видове съоръжения за управляем термоядрен синтез са най-обещаващи. Освен това, по отношение на консумацията на материали и обема на камерата, те са почти оптимални. Въпреки това в камерата на токамака може да се постави ограничен брой атоми гориво. Следователно ефективността на реакцията след включването в нея на целия обем деутерий и тритий да се повиши само чрез повишаване на температурата и поддържане на плазмата чиста възможно най-дълго.

Тя се замърсява от вещество, което се изпарява или се избива от отделни йони от стените на вакуумната камера на реактора. Тези примеси дори в изключително малки количества влошават качеството на плазмата – понижават температурата и водят до повишена нестабилност на нейните характеристики. Съществуват няколко метода за противодействие на плазменото замърсяване. Най-разпространеният в инсталациите с магнитно задържане е "граничната транспортна бариера" (ETB). Фактически тя се дължи на конструкцията на токамаците и се изразява в това, че движението на йони и електрони се забавя във външната област на плазмения сноп. Тоест получава се така, че почти нищо не достига до стените на вакуумната камера, освен неутроните.

Алтернативният метод не толкова замества ETB, колкото го допълва – това е "вътрешната транспортна бариера" (ITB). За реализирането му е необходимо по-фино управление на параметрите на плазмата, така че нейната плътност да е максимална в централната част от областта на реакцията. Тогава стените на вакуумната камера достига още по-малко количество вещество. Корейският токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) използва именно ITB в модифицирана реализация. Освен това за последните експерименти, по време на които било възможно да се повтори рекордът, бил използван методът FIRE – подобряване на ускорението (нагряването) на плазмата чрез по-прецизен контрол на бързите йони.

Бързи са тези лишени от електрони ядра на деутерия и трития, които носят по-голямата част от енергията на реакцията. Макар че те не надвишават 5% от общия обем на веществото в реактора, приносът на такива йони за освобождаването на енергия може спокойно да се нарече решаващ. Същността на метода FIRE е в това, че благодарение на изключително прецизния контрол върху параметрите на реакцията бързите йони се събират в самия център на плазмения сноп. Така се реализира по-пълно приложение на ITB, а също се повишава средната температура на веществото в токамака.

Сега KSTAR е в процес на съществена модернизация, за да могат учените да продължат своите експерименти. Проблемът е, че последният експеримент трябвало да бъде спрян, преди реакторът да покаже максимален резултат – инсталацията не позволява задържане на гореща плазма повече от половин минута. След като реакторът отново бъде включен, ще бъде проведен повторен експеримент за проверка на метода FIRE. За южнокорейските специалисти било твърде лесно да повторят своя рекорд и сега те се интересуват дали наистина са разработили нов начин за повишаване на ефективността на реакцията, или това е било просто късмет.

ВИЖТЕ ОЩЕ: Учени постигнаха самоподдържащ се ядрен синтез, но не могат да го възпроизведат