Ученые только что установили новый мировой рекорд для устойчивой высокотемпературной плазмы с помощью устройства Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), достигнув температуры ионов выше 100 миллионов градусов по Цельсию в течение 20 секунд.
Известный как «искусственное солнце Кореи», KSTAR использует магнитные поля для генерации и стабилизации сверхгорячей плазмы с конечной целью сделать ядерный синтез реальностью - потенциально неограниченный источник чистой энергии, который может изменить то, как мы енергизируем нашу жизнь, если мы сможем заставить его работать как задумано.
До этого момента 100 миллионов градусов не превышались более 10 секунд, так что это существенное улучшение по сравнению с предыдущими усилиями - даже если нам предстоит еще долгий путь, прежде чем мы сможем полностью отказаться от других источников энергии. На данный момент ядерный термоядерный синтез остается возможностью, а не определенностью.
«Технологии, необходимые для длительных операций с плазмой с температурой 100 миллионов градусов, являются ключом к реализации термоядерной энергии», - говорит физик-ядерщик Си-Ву Юн, директор исследовательского центра KSTAR Корейского института термоядерной энергии.
«Успех KSTAR в поддержании высокотемпературной плазмы в течение 20 секунд станет важным поворотным моментом в гонке за безопасностью технологий для длительной высокопроизводительной работы плазмы, критически важного компонента коммерческого ядерного термоядерного реактора в будущем».
Ключом к скачку до 20 секунд стало обновление режимов внутреннего транспортного барьера (ITB, Internal Transport Barrier) внутри KSTAR. Ученые не до конца понимают эти режимы, но на самом простом уровне они помогают контролировать ограничение и стабильность реакций ядерного синтеза.
KSTAR - это реактор в стиле токамака, похожий на тот, который недавно был запущен в Китае, объединяя атомные ядра для создания этого огромного количества энергии (в отличие от ядерного деления, используемого на электростанциях, которое разделяет атомные ядра на части).
Хотя научная работа, необходимая для достижения этого, сложна, прогресс был устойчивым. KSTAR впервые преодолела ограничение в 100 миллионов градусов в 2018 году, а в 2019 году удалось удержать температуру в течение 8 секунд. Теперь это увеличилось более чем вдвое.
«Успех эксперимента KSTAR в длительной высокотемпературной работе за счет преодоления некоторых недостатков режимов ITB приближает нас на шаг ближе к развитию технологий реализации энергии ядерного синтеза», - говорит физик-ядерщик Юн-Су На из Сеульского национального университет.
В термоядерных устройствах, таких как KSTAR, изотопы водорода используются для создания состояния плазмы, в котором ионы и электроны разделены и готовы к нагреву - те же реакции синтеза, которые происходят на Солнце, отсюда и прозвище, которое получили эти реакторы.
Пока что поддержание достаточно высоких температур в течение достаточно длительного периода времени, чтобы технология была жизнеспособной, оказалось сложной задачей. Ученым нужно будет побить больше подобных рекордов, чтобы ядерный синтез работал в качестве источника энергии.
Несмотря на всю предстоящую работу по обеспечению того, чтобы эти реакторы производили больше энергии, чем потребляют, прогресс обнадеживает. К 2025 году инженеры KSTAR хотят преодолеть отметку в 100 миллионов градусов в течение 300 секунд.
«Температура ионов в 100 миллионов градусов, достигнутая за счет эффективного нагрева плазмы в ядре в течение такого длительного времени, продемонстрировала уникальные возможности сверхпроводящего устройства KSTAR и будет признана неотразимой основой для высокопроизводительной термоядерной плазмы в установившемся состоянии», - говорит ядерный физик Юнг-Сок Парк из Колумбийского университета.
Результаты эксперимента еще не опубликованы в рецензируемом документе, но они будут представлены на конференции МАГАТЭ по термоядерной энергии 2021 года.
Источник: sciencealert / National Research Council of Science & Technology
