Пробив в термоядрената енергия: Изследователи постигнаха рекордни температури в токамак

Реакциите на термоядрен синтез генерират големи количества енергия. Пример за ядрен синтез са реакциите, протичащи в ядрото на Слънцето. Оползотворяването на енергията от термоядрен синтез отдавна е цел на учените и изследователите, тъй като при него не се отделят емисии на парникови газове или дълготрайни радиоактивни отпадъци.

Въпреки това съществуват няколко пречки пред производството на енергия чрез термоядрен синтез, като например изискването за високи температури и налягания, нестабилността на плазмата, разходите, мащабируемостта и намирането на енергиен баланс.

Въпреки тези предизвикателства е постигнат значителен напредък в изследванията на енергията от термоядрен синтез.

Токамакът е устройство, използвано при термоядрения синтез с магнитно задържане. При тези реакции се използва мощно магнитно поле за контролиране и ограничаване на горещата плазма на термоядреното гориво в активната зона на реактора. Плазмата се нагрява до високи температури чрез инжектиране на неутрален лъч или радиочестотно нагряване. Основната цел е да се поддържа стабилно състояние на плазмата, при което реакциите на термоядрен синтез могат да протичат непрекъснато, осигурявайки неограничен източник на енергия.

Неотдавнашно проучване на изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL), Лабораторията за физика на плазмата в Принстън (PPPL) и Tokamak Energy Ltd показва значителен пробив в изследванията на енергията, произведена чрез термоядрен синтез. Екипът е постигнал температури от близо 100 милиона градуса по Целзий, необходими за термоядрени електроцентрали, които да произвеждат енергия с търговска цел. Това е по-висока температура от тази в ядрото на Слънцето!

Освен това те са постигнали високи температури в компактен токамак, което не е правено досега!

Постигане на високи йонни температури в ST40

В това изследване изследователите се съсредоточили върху усъвършенстването на условията на работа на устройство наречено сферичен токамак ST40. В сравнение с други устройства за термоядрен синтез, ST40 се отличава с по-малкия си размер и сферичната си плазма.

Екипът използва подход, подобен на този, използван през 90-те години на миналия век в токамака TFTR, който генерира над 10 милиона вата термоядрена енергия. ST40 работи с тороидално (във формата на поничка) магнитно поле със стойности малко над 2 Тесла.

Екипът е използвал 1,8 милиона вата високоенергийни неутрални частици за нагряване на плазмата. Въпреки че разрядът на плазмата, или периодът, в който активно са протичали реакциите на термоядрен синтез е бил само 0,15 секунди, температурата на йоните в ядрото е достигнала повече от 100 милиона градуса по Целзий.

Те установиха, че температурният диапазон за примесите е по-висок от 8,6 keV (приблизително 100 милиона градуса по Целзий), докато температурният диапазон за деутерия е около тази стойност. Тази констатация предполага, че методът на нагряване, използван в експеримента, ефективно е постигнал желаните високи температури.

Резултатите дават оптимизъм за бъдещото развитие на термоядрени електроцентрали, базирани на токамаци. Тези постижения биха могли да доведат до по-ефективни и икономически жизнеспособни решения за термоядрена енергия, предлагайки обещаващ път за устойчиво и чисто производство на енергия.

Изследването е публикувано в списание Nuclear Fusion.