Ключът към безкрайна енергия: Новият подход към плазмата обещава бъдеще без въглеродни емисии

Реакторите за термоядрен синтез вече няма да се топят отвътре навън – намерено е елегантно решение.

Учени от Националния център за термоядрен синтез DIII-D представиха нови резултати, които биха могли да променят подхода към създаването на бъдещите електроцентрали, базирани на контролиран термоядрен синтез. В своите експерименти те изпробваха необичайна конфигурация на плазмата с така наречения „отрицателен триъгълник“ и постигнаха необходимите условия за стабилната работа на реактора. По този начин те успяха да решат един от основните проблеми на термоядрената енергетика – контролирането на топлинното натоварване вътре в инсталацията.

В поредица от експерименти изследователите показаха, че плазмата с отрицателен триъгълник може да бъде не само стабилна, но в някои случаи да демонстрира характеристики, които надхвърлят параметрите, заложени в проектите на бъдещите демонстрационни реактори за термоядрен синтез. Този резултат беше неочакван, тъй като научната общност досега смяташе, че подобна конфигурация на плазмата ще бъде по-малко стабилна от традиционната.

Токамаците използват мощни магнитни полета, за да поддържат материята в плазмено състояние – когато атомите се нагряват до милиони градуси и се разпадат на електрони и йони. За икономически жизнеспособна електроцентрала е необходимо едновременно да се постигне високо налягане, плътност и ток на плазмата, като същевременно се поддържа ефективно задържане на топлината. В класическите електроцентрали плазмата има Г-образно напречно сечение, но в новата схема формата е обърната: изпъкналата страна е обърната към вътрешната стена на реактора. При експериментите DIII-D тази конфигурация демонстрира ниска степен на нестабилност, което позволява да се постигнат необходимите параметри, като същевременно се поддържа добро задържане на топлината.

От отделно значение са резултатите, свързани с така нареченото „откъсване на дивертора“. Това е режим, при който в близост до стените на токамака се образува охладен граничен слой, който намалява топлинното натоварване и температурата на електроните на повърхността на материалите. Обикновено комбинацията от горещо ядро и студени краища на плазмата води до нестабилност, но в новата конфигурация учените успяха да съчетаят тези условия без разрушителни ефекти. По този начин се открива перспектива за цялостно решение на проблема за едновременното управление на централната зона и ръба на плазмата.

Както отбелязват изследователите, отрицателният триъгълник също така по-добре потиска смущенията в плазмата, които изхвърлят енергия и частици и могат да повредят стените на реактора. Това прави метода особено перспективен за бъдещите електроцентрали. Сега учените активно използват компютърно моделиране, за да потвърдят резултатите и да ги мащабират за промишлени проекти в областта на термоядрения синтез.

Интересът към този подход нараства и извън САЩ. В началото на 2025 г. испанският университет в Севиля произведе първата си плазма в съоръжението SMART – първия в света токамак с отрицателен триъгълник – в университета в Севиля.