Детский термоядерный реактор шириной менее метра достигает 100 миллионов градусов Цельсия

Jun 02, 2023

В ядерном реакторе шириной менее метра (3 фута) были достигнуты температуры в семь раз выше, чем в центре Солнца. Ионы внутри сферического токамака ST40 взлетели до температуры более 100 миллионов градусов Цельсия, побив рекорд для реакторов такого типа.

Сто миллионов градусов Цельсия (около 180 миллионов градусов по Фаренгейту) ранее достигались только в гораздо более крупных реакторах, требующих гораздо большей мощности. Это важное достижение, поскольку оно демонстрирует, что правильные условия для термоядерного синтеза могут быть созданы в более компактных реакторах, таких как ST40, требующих меньше энергии для работы.

«В то время как национальные лаборатории сообщают о температуре плазмы выше 100 [миллионов] градусов в обычных токамаках, по крайней мере в 15 раз больших, важный этап Tokamak Energy был достигнут за пять лет в компактном сферическом токамаке», — сказал IFLScience Стюарт Уайт из Tokamak Energy. «Сферические токамаки максимизируют мощность термоядерного синтеза при более высоком КПД, а также при более низких капитальных вложениях, эксплуатационных расходах и меньшей занимаемой площади по сравнению с обычными токамаками. Это оптимальный подход как с научной, так и с коммерческой точки зрения».

Вообще говоря, добиться термоядерного синтеза в реакторе меньшего размера сложнее, чем в реакторе большего размера. Чтобы понять почему, давайте сначала кратко подведем итоги ядерного синтеза.

Синтез происходит, когда два атома соединяются, выделяя огромное количество энергии. Это потому, что внутри каждого атома есть ядро, вокруг которого вращаются электроны и которое содержит протоны и нейтроны. Когда вы сталкиваете два атома вместе с достаточной силой, их ядра объединяются, высвобождая огромное количество энергии.

Это хорошо, потому что все, что ему нужно в качестве топлива, — это водород, самый распространенный элемент во Вселенной, но это тяжелая работа, потому что для объединения атомов (с образованием гелия) требуются огромные температуры и давление. Достижение этих условий внутри реактора обычно требует большого количества оборудования и места, но здесь мы имеем ST40, обеспечивающий работу реакторов, которым для работы требуется около 2,6 квадратных километров (1 квадратная миля), напоминающих металлическое яйцо шириной в метр. .

«Эти результаты впервые демонстрируют, что температуры ионов, необходимые для коммерческого термоядерного синтеза с магнитным удержанием, могут быть получены в компактном ПТ в сильном поле и служат хорошим предзнаменованием для термоядерных электростанций на основе ПТ в сильном поле», - пишут исследователи, стоящие за этим достижением.

Хотя такие ужасные истории, как Чернобыльская катастрофа 1986 года, заставили многих сомневаться в отношении ядерной энергии, в качестве источника энергии она, пожалуй, непревзойденна, когда дело касается устойчивости и воздействия на окружающую среду. Учитывая постоянно растущее население, нуждающееся в множестве устройств, электромобилях и достаточном количестве энергии для поддержания всего этого, крупномасштабное производство электроэнергии, подобное тому, которое достигается с помощью ядерного синтеза, является одним из самых экологически чистых способов достижения этой цели.

Этот скачок в технологии термоядерного синтеза может однажды проложить путь к созданию ядерной энергии, которая сможет удовлетворить постоянно растущие энергетические потребности человечества.

«Этот важный рецензируемый результат впервые демонстрирует, что температуры плазмы, необходимые для коммерческой термоядерной энергии, могут быть получены в компактном сферическом токамаке с сильным полем», — заявил в своем заявлении доктор Стивен Макнамара, научный директор компании Tokamak Energy. «В сочетании с нашей ведущей в мире магнитной технологией и по мере расширения масштабов деятельности это дает нам большую уверенность в том, что более эффективная и экономически выгодная конструкция сферического токамака представляет собой лучший путь к достижению чистой и глобальной коммерческой термоядерной энергии».

Итак, вот вам, крошечный детский термоядерный реактор. ST40 повзрослел.

Исследование опубликовано в журнале Nuclear Fusion.

[H/T: Научная тревога]

Эта статья была дополнена исправленной цитатой Стюарта Уайта.