Вдвое горячее Солнца: появились новые успехи в производстве термоядерной энергии

На шаг ближе к безуглеродному источнику энергии.
Новимир Паблант с компьютерной моделью магнитных катушек W7-X и плазмы.

Недавно ученые из Института физики плазмы Макса Планка (IPP) и Принстонской лабораторией физики плазмы Министерства энергетики США (PPPL), показали, что самый большой стелларатор Wendelstein 7-X (W7-X) в Грайфсвальде, Германия, может удержать вдвое большую температуру, чем у солнечного ядра.

Исследование опубликовано в Nature, коротко о нем рассказывается на сайте PPPL.

Стелларатор — устройство для получения термоядерной энергии. Долгое время оно было в тени изобретенного в СССР токамака. Ведь у стелларатора высокая утечка сверхвысокого тепла во время термоядерного синтеза.

Безуглеродное топливо

Контролируемая термоядерная реакция — неисчерпаемый источник огромного количества безопасной, чистой, безуглеродной энергии. С ее помощью можно создавать электричество и отказаться от ископаемого топлива.

Чтобы получить энергию, ученые стремятся удержать в стеллараторе плазму — горячее заряженное состояние материи, которое представляет собой свободные электроны и ядра атомов либо ионы. Плазма составляет 99% видимой Вселенной.

Под руководством основателя PPPL Лимана Шпитцера первый стелларатор создали в 1950-ые. Это устройство более устойчиво к срыву плазмы, чем токамак, но гораздо сложнее по конструкции и хуже удерживает тепло.

В 2015 оптимизированный W7-X произвел свою первую плазму. Целью проекта было показать, что использовать модифицированные стеллараторы целесообразно. Несколько приборов (XICS, CXRS) зафиксировали температуру горячих ионов, которая не могла появиться без резкого снижения неоклассического транспорта.

В чем причина неоклассического транспорта — процесса, ухудшающего эффективность стелларатора? Из-за частых столкновений нагретые частицы выбиваются со своих орбит, пока вращаются вокруг ограничивающих линий магнитного поля.

Новый инструмент

Диагностический инструмент XICS создали под руководством физиков Новамира Пабланта и Андреаса Лангенберга. Это главный индикатор резкого снижения потери тепла путем неоклассического транспорта. Этот тип теплопотерь всегда был выше у стеллараторов. 

Согласно последним отчетам в Nature, ученые значительно снизили теплопотери из-за неоклассического транспорта.

«Без XICS мы вряд ли подобрали бы подходящий режим удержания плазмы, — сказал Роберт Вольф, руководитель отдела эксплуатации W7-X и соавтор статьи. — Нам хотели легко измерять температуру ионов, это было чрезвычайно важно».

«Но уменьшение неоклассического транспорта еще не все, что нужно сделать. Кроме этого есть много задач, в том числе уменьшение турбулентного транспорта», – говорит Паблант.

W7-X снова откроется в 2022 после трех лет модернизации. У него будет новая водная охлаждающая система. Благодаря этому эксперименты по термоядерному синтезу смогут проводиться дольше. Улучшенный W7-X станет следующим шагом к электростанциям.

Премьера нового фильма из цикла «Большой Скачок» в День российской науки

В России разработали уникальную схему для термоядерных реакторов нового поколения