Корейский термоядерный реактор на 30 секунд зажёг плазму, которая в семь раз горячее ядра Солнца
На этой неделе корейское «искусственное солнце» попало в заголовки многих изданий. Термоядерный реактор KSTAR почти 30 секунд удерживал плазму при температуре около 100 млн °C, что в семь раз горячее, чем в ядре Солнца, где идут термоядерные реакции. И это само по себе обнадёживает. Миру нужна недорогая и бесконечная термоядерная энергия. Вот только событие это состоялось почти год назад (о чём мы сообщали), а вспомнили о нём благодаря свежей публикации в Nature.
Впрочем, южнокорейские учёные рассказали в статье, как они добились успеха в удержании плазмы, поэтому нам тоже есть о чём поговорить не пересказываястарую новость, как поступило большинство других изданий.
Учёные KSTAR (Korea Institute of Fusion Energy) поставили задачу добиться стабильности плазмы на токамаке Tokamak Advanced Research. Этот термоядерный реактор, к слову, стал одним из первых в мире, когда в 2007 году реализовал на практике управление магнитным полем реактора с помощью двух групп сверхпроводящих магнитов — тороидальных и полоидальных (с продольными и поперечными силовыми линиями). Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит загрязнение плазмы и потеря её качества.
Магнитные поля могут быть двух типов. Форма поля с эффектом краевого транспортного барьера (КТБ) ведёт к сильному снижению давления у стенки реактора, что не даёт плазме касаться стенок. Поле второго типа создаёт внутренний транспортный барьер (ВТБ), вследствие чего давление по центру образования плазмы резко возрастает и возникает плазменное «ядро». Но в любом случаев возникают краевые нестабильности плазмы, что ведёт к снижению управляемости и, в конечном итоге, к контактам со стенками реактора, охлаждением и остановке реакции.
В поставленном эксперименте южнокорейские учёные модифицировали подход ВТБ, несколько уменьшив плотность плазмы в реакторе, так что в центре плазменного жгута температура выросла, а на периферии уменьшилась. Судя по наблюдениям, краевая нестабильность плазмы стала ощутимо меньше. Это привело к тому, что плазма в реакторе оставалась стабильной и легко управляемой в течение целых 20 с, а всего реактор в цикле смог работать 30 с, что стало для негоновымрекордом.
Температура плазмы при этом была на уровне 100 млн °C и это была ионная плазма, в отличие оттемпературных рекордовкитайских термоядерных реакторов, в которых говорят только о температуре электронной плазмы (а в термоядерных реакторах она должна быть в два раза больше ионной).
«Благодаря обилию быстрых ионов, стабилизирующих турбулентность плазмы в ядре, мы генерируем плазму при температуре 100 млн K продолжительностью до 20 с без краевых неустойчивостей плазмы или накопления примесей. Низкая плотность плазмы в сочетании с умеренной входной мощностью для работы является ключом к установлению этого режима путем сохранения высокой доли быстрых ионов. Этот режим редко нарушается и может надежно поддерживаться даже без сложного управления и, таким образом, представляет собой перспективный путь к коммерческим термоядерным реакторам»,— говорится в статьеNature о данном эксперименте.
Корейцы нащупали путь, по которому смогут продвигаться дальше. Глобальной целью проекта называется удержание ионной плазмы при температуре 100 млн °C в течение 300 с, чего они намерены добиться в 2025 или 2026 году.