Термоядреният синтез е все по-близо до реалността, тъй като учените преодоляха лимита на плътността с цели 10 пъти

Ядреният синтез е възможност за създаване на почти неограничен и устойчив източник на енергия чрез процеси, подобни на тези, които захранват Слънцето, при условие че първо бъдат решени някои доста сложни и фундаментални физични проблеми.

В момента се изследват различни методи за извличане на енергия от атомите, всеки от които има своите плюсове и минуси. Нови изследвания показват, че скоро може да се намери начин да се преодолее едно от основните препятствия в процесите, при които се използват подобни на понички фигури с тунели, известни като токамаци.

Благодарение на усилията на екип от изследователи от Университета на Уисконсин, досегашната теоретична бариера пред термоядрения синтез в токамак, известна като лимита на Грийнуолд („Greenwald limit“), вече е преодоляна, при това десетократно.

Въпреки че механизмите, които стоят зад този лимит, не са добре проучени, емпиричното правило определя тавана на електронната плътност в нагрятата плазма на токамака.

Наличието на надежден начин за преодоляване на тази граница означава, че можем да направим наистина голям скок напред по отношение на стабилността и ефективността на реакторите за термоядрен синтез от типа токамак, което ще ни доближи до деня, в който ядреният синтез ще стане практическа реалност.

„Представените тук експерименти с токамак с електронна плътност, надвишаваща лимита на Грийнуолд до десет пъти в стабилни условия, са безпрецедентни“, пишат изследователите в публикуваната тези дни статия.

Ядреният синтез – принудителното обединяване на атомните ядра с цел освобождаване на свръхголяма енергия – изисква интензивна топлина, създадена от задържането на заредените частици, които съставляват плазмата.

Токамакът е специфичен вид реактор за ядрен синтез, който използва токове за задвижване на плазмата през центъра на голям кух пръстен. Магнитните полета в тази гореща смес от заредени частици помагат за нейното ограничаване, но въпреки това плазмата е склонна към нестабилност и е силно зависима от доста строгия лимит на плътността на електроните в плазмата. По-голямата плътност на електроните води до повече реакции и повече енергия.

Екипът смята, че две ключови характеристики на MST са помогнали да се преодолеят толкова ефикасно границите на тази плътност: дебелите му, проводими стени (за стабилизиране на магнитните полета, манипулиращи плазмата) и захранването, което може да се регулира въз основа на обратна връзка (отново от решаващо значение за стабилността).

„Изглежда, че максималната плътност се определя по-скоро от ограниченията на хардуера, отколкото от нестабилността на плазмата“, пишат изследователите.

Това е още една победа за термоядрения синтез в токамака в поредицата от успехи напоследък. През последните няколко години учените са заети с изграждането на по-големи реактори, увеличаването на произвежданата от тях енергия и постигането на по-високи температури, при които протичат реакциите.

Това не означава, че ядреният синтез ще бъде готов за употреба съвсем скоро, и тук трябва да се споменат някои забележки. Плазмата не е работила при свръхвисока температура, каквато обикновено се получава при реакциите на синтез, така че тези експерименти ще трябва да бъдат разширени в това отношение.

Авторите на новото изследване са уверени, че учените ще успеят да разберат как да получат тези резултати и на други съоръжения – макар че все още има какво да се направи, за да се анализира защо точно тази конкретна инсталация работи толкова добре.

„Остават въпроси за това защо конкретно MST е в състояние да работи с висока фракция на Гринуолд и до каква степен тази способност може да бъде разгърната до устройства с по-висока производителност“, пишат изследователите.