Американският стартъп Zap Energy постигна важен етап в създаването на рентабилен – икономически ефективен и изгоден термоядрен реактор. Прототипът FuZE-Q успешно създаде първата си плазма с помощта на електроенергия със сила на тока 500 килоампера и ба практика потвърди възможността за нейното удържане По този начин Zap Energy премина един от ключовите етапи по пътя към термоядрения синтез, при който се произвежда повече енергия, отколкото изразходва. Стартъпът се надява да получи положителен енергиен баланс още със следващия прототип на своята компактна инсталация, който ще може да работи със сила на тока 650 хиляди ампера (килоампера).
Информацията е на изданието New Altas, което допълва, че технологията на Zap Energy се основава на така наречения Z-pinch, отдавна известен метод за генериране и компресия на плазмата. Начинът, по който работи Z-пинчът не изглежда много сложен: вместо сложна мрежа от скъпи магнитни намотки и скъпи защитни екраниращи материали, Z-pinch системите разчитат на електромагнитното поле, което се генерира в самата плазма. Това поле фиксира плазмата в един много компактен стълб и я задържа в това положение, докато стане достатъчно гореща и плътна за ядрен синтез. Тоест всичко наистина изглежда просто, евтино и ефективно. Но има проблем.
Изграждането на инсталация за Z-pinch наистина е доста лесно и за известно време се считаше, че това е един бърз начин за достъп до безкрайна мощност на термоядрения синтез. В най-простия случай тази инсталация включва само два електрода в деутериева среда или смес от деутерий и тритий и захранващ елемент от високоволтови импулсни кондензатори. Но сравнително бързо стана ясно (преди около 70 години), че е невъзможно да се поддържа плазмата в стабилно състояние във формата на издължен стълб в Z-pinch-а . Дори и най-малките флуктуации водят до увеличаване на магнитното поле от едната страна и отслабване от другата, в резултат от което снопът се пречупва и се прекъсва, токът не може да протича нормално и започва да прекъсва, магнитното поле изчезва и цялата плазма се разсейва.
Пробивът бе осъществен през 2019-та година, когато група учени от университета на Вашингтон откриха решение за справяне с въпросния проблем с нестабилността, която пречеше на реализацията на технологията Z-pinch още от нейното създаване през 1950-те години.
Използвайки явление, известно в динамиката на флуидите като аксиален поток на срязване, екипът на младата компания на практика демонстрира начин за генериране и удържане на плазмените потоци, за да се предотвратят изпъкналостите и изкривяванията, които водят до техния колапс.
„Z-пинчът отдавна е един много атрактивен начин за осъществяването на термоядрен синтез, но в продължение на много години изследователите бяха на мнение, че плазмената нестабилност на Z-пинча е непреодолим проблем. Чрез компютърно моделиране и нови експерименти ние показахме, че аксиалните потоци на срязване могат да стабилизират плазмата и че тази стабилност може да се поддържа в икономически изгоден мащаб“, каза Ури Шумлак, главният учен в Zap Energy, който е водещата фигура в същия екип от изследователи.
Тъй като системата Zap Energy не изисква свръхпроводящи магнити и мощни лазери за удържане на плазмата, освен че спестява пари за производство, този подход дава възможност за радикално намаляване размера на термоядрените реактори. В бъдеще компанията планира да постави всички необходими компоненти в обем, който ще бъде приблизително сравним с гараж за кола.
Съвсем скоро стартиращата компания Zap Energy ще започне да работи върху много по-усъвършенствана платформа FuZE-Q. Стартъпът възнамерява изцяло да обнови захранването и да увеличи силата на тока до нивото на достигане на точката на „енергийна равностойност“ – моментът, в който енергията, генерирана от Z-пинча, ще бъде по-голяма от енергията, изразходвана за създаване на плазмата заедно с енергията, необходима за удържащото магнитно поле.
На база натрупаната досега информация и направените анализи и пресмятания на Zap Energy показват, че така наречената еквивалентна точка Q=1, при която изразходваната и получената енергия са равни, ще бъде достигната при сила на тока около 650 килоампера.
Малко след успешните тестове на своята термоядрена инсталация младата компания Zap Energy получи още един стимул за успешното развитие на своите нови технологии – стартъпът проведе успешен инвестиционен кръг и получи финансиране в размер на 160 милиона щ. долара. Тази средства бяха дадени от Lowercarbon Capital, оглавяваща дълъг списък с други фондове, а компанията показа пътната карта за създаването на специализиран производствена база, в която ще се правят следващите изпитания и където се планира започването на масовото производство на новите компактни термоядрени реактори.
В сферата на компактните термоядрени реактори работи и британската компания Tokamak Energy, която миналата година съобщи, че е постигнала рекорд на температура на плазмата в своя компактен сферичен токамак ST40. Плазмата в работното пространство на реактора е била нагрята до температура 100 милиона градуса по Целзий. Именно това е прагът, след което става възможно създаването на термоядрени реактори, които могат да се използват за търговски цели.
Основната цел на компанията Tokamak Energy е да покаже, че е напълно възможно създаването на компактен и много евтин в сравнение с другите разработки термоядрен реактор. Главната особеност на този вид термоядрени реактори е, че те могат да удържат високотемпературна плазма при много по-слаби магнитни полета в сравнение със стандартните токамаци и стеларатори.