Учени от лабораторията в Принстън постигнаха огромен напредък в областта на термоядрения синтез

Изследователите от Лабораторията по физика на плазмата в Принстън (PPPL) в САЩ направиха важна стъпка към осъществяването на ядрен синтез. Екипът е определил максималната плътност на незаредени или неутрални частици на ръба на плазмата, преди тя да започне да се охлажда, което прави реакцията нестабилна.

Използвайки тази информация, екипът може да определи точно колко ядрено гориво може да добави, за да осигури стабилна мощност на реактора.

Тъй като светът търси по-нови и по-чисти източници на енергия, термоядрените реактори се разглеждат като следващата стъпка в надеждното осигуряване на чиста енергия. С цел да се възпроизведе енергийният процес на Слънцето, при ядрения синтез се създава гореща плазма, която слива водородни атоми в хелий и освобождава енергия.

Макар, че теоретично това работи, учените са успели да генерират повече енергия от вложената само в няколко случая. Нещо повече, инсталацията, която понастоящем се изисква за генериране на енергия на базата на термоядрен синтез е твърде голяма, за да може да се използва в комерсиална инсталация. Изследователите от PPPL работят върху малко по-различен тип реактор за ядрен синтез. Той може да помогне за създаването на по-малки по размер реактори за ядрен синтез.

Какво представлява литиевият токамак?

Изследователите обикновено използват силни магнитни полета за експерименти с термоядрен синтез. Целта им е да задържат водородната плазма във вътрешността на съдове с форма на поничка, наречени токамак. В PPPL екипът е покрил вътрешните стени на своя токамак с литий. Според съобщението за пресата това променя поведението на стените на токамака, тъй като те задържат голям процент водородни атоми, които се отделят от плазмата. Това е експериментът с литиев токамак – бета (LTX- ꞵ).

Без стена с литиево покритие много водородни атоми се отразяват обратно от стените на токамака в плазмата. Изследователите от PPPL вече са показали, че поддържането на този брой на ниско ниво позволява плазмата да остане гореща в края си и стабилна, като същевременно осигурява повече пространство за движение вътре в реактора.

В новото си изследване екипът е определил максималната плътност на неутралните частици на ръба на плазмата вътре в (LTX- ꞵ), преди ръбът да започне да се охлажда.

Екипът предполага, че плътността на ръба на плазмата трябва да остане под нивото от 1 x 1019 m-3. Това е първият път, в който се определя такова ниво за (LTX- ꞵ).

Поддържане на равномерна температура в плазмата

В литиевия токамак горивото може да се добавя по два начина. Чрез използване на газови струи водород от ръба или чрез излъчване на неутрални частици. Чрез оптимизиране на горивния поток екипът на PPPL възнамерява да определи метод за поддържане на реакцията на синтез, който генерира енергия по стабилен начин, която може да се доставя в мрежата.

За да се определи къде може да се управлява реакцията на синтез, физиците обикновено измерват температурата на ръба на плазмата и я сравняват с нейното ядро. След това тези числа се нанасят на графика и се изследва наклонът на линията.

Ако двете температури са сходни, линията е плоска и се нарича плосък температурен профил. Ако температурата в ръба е по-ниска от тази в ядрото, това се нарича пиков температурен профил.

Изследователите от PPPL са определили максималната плътност на неутралните частици, която позволява получаването на плосък температурен профил. Надхвърлянето на тази плътност на неутралните частици води до нестабилност, известна още като режими на разкъсване. Ако не се контролират, тези режими на разкъсване могат да дестабилизират и да спрат реакцията на термоядрен синтез.

Сега изследователите използват траекториите на лъча, за да увеличат максимално нагряването на плазмата с помощта на неутралния лъч.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Nuclear Fusion.