MUSE: Нов стеларатор ще позволи контрол на термоядрения синтез без допълнителни разходи

Изследователите от Лабораторията по физика на плазмата в Принстън (PPPL) се подготвят да направят пробив в областта на контролирания термоядрен синтез с новаторската концепция за стеларатора MUSE.

За разлика от традиционните скъпи проекти, които изискват екзотични свръхпроводими сплави за електромагнити, MUSE въплъщава коренно различен подход.

Според теорията, изложена в статията от 2020 година във Physical Review Letters, чийто автор е Пер Хеландер от Института „Макс Планк“, използването на постоянни магнити може значително да опрости конструкцията на намотките на стеларатора. Тази идея е отразена в дизайна на MUSE.

С десетилетия опит в областта на инженерството, изчислителната техника и теоретичната физика учените са разработили сложна машина, която държи плазмата – електрически зареденото четвърто състояние на материята с извита структура.

MUSE използва ограничен брой идентични тороидални намотки, а вакуумната камера е заобиколена от 3D-принтирани структури, в които са вградени постоянни магнити. Тези магнити са подредени в специален модел, който формира плазмата вътре в камерата. Не е необходимо захранване или (теоретично) охладителна система, което драстично намалява разходите за инсталацията.

„MUSE до голяма степен е сглобен от налични в търговската мрежа части. Работейки с компании за 3D печат и доставчици на магнити, можем да изберем компоненти с необходимите ни характеристики, вместо да се налага да ги създаваме сами.“

отбелязва Майкъл Зарнсторф, водещ физик в PPPL

MUSE също така проявява в по-голяма степен от всеки предишен стеларатор теоретично свойство, известно като квазисиметрия. Концепцията за квазисиметрия, създадена от физика Алън Бузер от PPPL в началото на 80-те години на миналия век предполага, че макар формата на магнитното поле вътре в стеларатора да се различава от физическата му форма, неговият интензитет остава еднакъв във всички точки на устройството. Това допринася за ефективното ограничаване на плазмата и увеличава вероятността за реакции на термоядрен синтез.

„Всъщност качеството на квазисиметрията на MUSE е 100 пъти по-високо от това на който и да е друг стеларатор.„

отбелязва Зарнсторф

Концепцията обаче има своите ограничения. Постоянните магнити имат ограничена сила на полето, не могат да се настройват и понякога се демагнетизират при високи температури.

Въпреки това PPPL няма търпение да започне тестове в реални условия. Липсата на охлаждан дивертор със сигурност ще наложи някои ограничения върху експериментите, но това не намалява революционния характер на проекта. Техниката ще позволи на изследователите да тестват нови концепции за бъдещи термоядрени електроцентрали.

Екипът на PPPL планира също така да проведе серия от експерименти, за да характеризира точно квазисиметрията на MUSE и да разбере доколко ефективно е устройството да предотвратява изтичането на горещи частици от ядрото на плазмата към нейните краища. Изследователските методи ще включват подробно картографиране на магнитните полета и анализи на забавянето на въртенето на плазмата. Това зависи от квазисиметрията на устройството.