Прорыв в термоядерном синтезе может обеспечить стабилизированный Z-пинч - «Новости Электроники»

Как источник энергии, ядерный синтез обладает практически безграничным потенциалом. Однако, чтобы воссоздать условия, возникающие при столкновении внутри Солнца атомных ядер, и генерировать огромное количество чистой энергии в промышленных масштабах, ученые должны проделать очень много работы. Для этой цели уже активно испытываются реакторы токамак и стеллараторы термоядерного синтеза, но исследователи из Университета Вашингтона выбрали Z-пинч как более дешевый и эффективный способ.

Чтобы имитировать происходящие внутри Солнца условия, при которых атомы водорода распадаются, образуя атомы гелия и высвобождая гигантские количества энергии без вредных побочных продуктов, нужно много тепла и сильное давление. Ядерная реакция запускается при формировании потока плазмы и удержания его на месте достаточно длительное время. Подобные методы используются такими устройствами, как немецкий термоядерный реактор Wendelstein 7-X и китайский экспериментальный сверхпроводящий токамак EAST.

Однако, как считает профессор Ури Шульмак, у этого подхода есть свои недостатки, связанные с магнитными катушками, необходимыми для подвешивания плазменного кольца. Он утверждает, что катушки магнитного поля увеличивают размеры термоядерных устройств и значительно увеличивают их стоимость. Эти катушки также чувствительны к повреждению нейтронами, что требует большего экранирования, увеличения размеров и, в итоге стоимости всего процесса.

Более эффективным способом формирования потоков плазмы может быть использование системы Z-пинча. Вместо сложных сеток дорогих магнитных катушек эти устройства фиксируют плазму на месте электромагнитным полем, генерируемым большим током, направляемым через рабочую среду по оси z (отсюда и название технологии). Недостатком здесь является нестабильность, вызывающия искажения в плазме, которые быстро приводят к тому, что она ударяется о стенки контейнера и разрушается.

Сжатие и ограничение плазмы магнитными полями в конфигурации с Z-пинчом ведет к нестабильностям в работе, поскольку она может выйти за линии магнитного поля, полагает Шумлак. Ученый говорит, что магнитное поле образует круговые петли вокруг плазменного столба, ограничивающего раскаленные ионы в радиальном направлении, но сама плазма может образовывать выпуклости.

Эти проблемы преследуют Z-пинч установки с момента их появления в 1950-х годах и стали причиной ускорения разработки токамаков и стеллараторов. Однако, исследователи из Университета Вашингтона все еще считают, что для термоядерного синтеза лучше всего использовать именно технологию Z-пинч. Они уверены, что нашли способ уменьшить колебания, которые происходят в рабочей среде и вызывают ее разрушение. Для внесения корректировок в поведение плазмы и изменения магнитной гидродинамики исследователи сдвинули осевой поток частиц. Срезанный поток стабилизирует плазму, постоянно сглаживая ее поверхности и предотвращая развитие выпуклостей.

Несмотря на то, что проблема изучалась годами, исследователи пишут, что доказательство генерации термоядерных нейтронов на стабилизированном Z-пинче со сдвиговым потоком они представили впервые. Плазма удерживалась на месте в 5000 раз дольше, чем в нестабилизированном устройстве, и они могли наблюдать энергетические нейтроны, являющиеся главными признаками ядерного синтеза.

Впрочем, с учетом недостатков Z-пинча, ученые пока стараются быть осторожными с выводами. Шумлак говорит, что пока никто не может быть уверен на 100% станет ли это настоящим прорывом в осуществлении термоядерного синтеза. Тем не менее, уже полученные результаты обнадеживают и физики продолжат свои исследования — в частности, они более детально изучать энергетический спектр нейтронов, чтобы лучше понять процессы, происходящие внутри плазменного жгута.

Источник: washington.edu