Модель PPPL: нагрев плазмы до повышения плотности может снизить энергозатраты на зажигание синтеза

Исследователи Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) в США обнаружили потенциально намного менее энергоёмкий способ запускать и поддерживать реакции термоядерного синтеза, сообщает Futura Sciences. futura-sciences.comFutura Sciencesfutura-sciences.comОткрыть источник ↗ Работа «Generalized Lawson-Cordey-Mills Accessibility of Fusion Ignition» опубликована в Physical Review Letters. Результат основан на теоретической модели, а не на экспериментальной демонстрации.

Термоядерный синтез воспроизводит внутренний механизм Солнца. Лёгкие ядра, как правило дейтерий и тритий, сливаются при предельно высоких температурах и высвобождают большое количество энергии. Конечная цель — зажигание: состояние, при котором плазма производит достаточно тепла, чтобы сама поддерживать реакции синтеза.

Сначала нагрев, потом уплотнение

Для синтеза внутри реактора нужна температура от 100 до 150 миллионов градусов Цельсия. Традиционный метод — удерживать горячую плазму мощными магнитными полями, повышать её плотность и лишь затем нагревать дальше. Команда PPPL предлагает поменять порядок: сначала нагреть плазму, затем постепенно повышать плотность. По словам авторов, это даёт тот же результат при значительно меньших затратах энергии.

Чтобы найти этот путь, исследователи вернулись к критерию Лоусона, сформулированному в 1950-х годах и определяющему условия по температуре, плотности и удержанию для выгодного синтеза. Они расширили модель, одновременно учтя четыре осложняющих фактора: накопление гелиевой золы, примеси со стенок реактора, потери на синхротронное излучение и утечки тепла. futura-sciences.comFutura Sciencesfutura-sciences.comОткрыть источник ↗

Вольфрамовые стенки как ограничение

Исследование содержит и предупреждение. Вольфрам, выбранный для стенок реакторов из-за стойкости к экстремальным температурам, может стать препятствием для зажигания. По расчётам авторов, загрязнения порядка одного атома вольфрама на 10 000 частиц плазмы достаточно, чтобы вдвое повысить давление, необходимое для запуска синтеза.

Это существенно, поскольку стенки из вольфрама будут у нескольких реакторов нового поколения. Авторы предлагают меры противодействия, в том числе внутреннее покрытие из жидкого лития, которое не даст вольфраму попадать в плазму.

Futura Sciences отмечает, что до замены нынешних реакторов термоядерными электростанциями ещё много лет, в том числе потому, что результаты получены на теоретической модели, а не в эксперименте. futura-sciences.comFutura Sciencesfutura-sciences.comОткрыть источник ↗