Впервые ученые смогли в 10 раз превысить предел плотности плазмы в токамаке
Использование реакций термоядерного синтеза позволит совершить прорыв в мировой энергетике. Однако ученым и инженерам предстоит решить некоторые довольно сложные фундаментальные физические задачи, прежде чем термоядерная энергия станет реальностью. С одной из таких задач справились физики из Университета Висконсина, о чем рассказали в своем исследовании на страницах Physical Review Letters.
В своих экспериментах авторы работы использовали токамак в Лаборатории физики плазмы Висконсина. Эта установка представляет собой тороидальное устройство, где с помощью электрических токов удерживается очень горячая плазма. Более высокая плотность плазмы обеспечивает лучшее протекание реакций, следовательно, дает возможность вырабатывать больше энергии за счет сближения ядер атомов.
Однако с повышением плотности плазмы есть проблема. Ее можно увеличивать до определенного лимита, который был назван пределом Гринвальда в честь физика Мартина Гринвальда, рассчитавшего несколько десятилетий назад, что после некоторого значения плотности плазма в токамаке становится нестабильной и неуправляемой. Предел определяется плотностью электронов в потоке.
В ходе эксперимента авторы нового исследования смогли превысить предел Гринвальда в 10 раз. Ранее сделать это никому не удавалось. Ученые пришли к выводу, что лимит плотности обусловлен не какими-то фундаментальными ограничениями, а аппаратными возможностями конкретного устройства. В частности, они считают, что Симметричный тор Мэддисона (Madison Symmetric Torus), на котором проводился эксперимент, позволил добиться таких результатов благодаря толстым проводящим стенкам для стабилизации магнитных полей, управляющих плазмой, а также гибкому управлению системой питания, что тоже повышает стабильность потока плазмы.
Это означает, что применение в конструкции токамаков определенных решений способно сделать в будущем превышение предела Гринвальда обыденным. Впрочем, исследователи продолжают анализировать полученные результаты, чтобы понять, какие еще факторы могли способствовать успеху эксперимента. Кроме того, во время эксперимента показатели температуры и магнитного поля в плазме были ниже тех, что необходимы для термоядерного синтеза. Поэтому еще предстоит немало исследовательской работы, прежде чем можно будет говорить о создании полноценного термоядерного реактора.
