В течение почти столетия термоядерная энергия была мечтой ученых, экологов и футуристов. В течение последних нескольких десятилетий ученые пытались найти способ создания устойчивых реакций синтеза, которые бы обеспечивали людей чистой, обильной энергией, которая в конечном итоге сломала бы нашу зависимость от ископаемого топлива и других нечистых методов.
В последние годы было сделано много позитивных шагов, которые приближают «эру слияния» к реальности. Совсем недавно ученые работали с Экспериментальным усовершенствованным сверхпроводящим токамаком (ВОСТОК) - ака. «китайское искусственное солнце» - установило новый рекорд, перегрев облака водородной плазмы до 100 миллионов градусов - температура, которая в шесть раз выше, чем само Солнце!
В то время как ученые способны объединять атомы водорода для производства энергии, камень преткновения всегда достигал так называемой «точки безубыточности». Именно здесь энергия, производимая самоподдерживающейся реакцией синтеза, равна энергии, необходимой для ее инициирования. И хотя мы еще не достигли этой точки, ученые все время сближаются.
В настоящее время двумя наиболее популярными методами получения термоядерной энергии являются подход с инерционным ограничением и реактор на токамаке. В первом случае лазеры используются для плавления гранул дейтерия (H 2 или «тяжелый водород») для создания реакции синтеза. В последнем процесс включает в себя камеру в форме тора, которая использует магнитные поля и внутренний ток для удержания плазмы высокой энергии.
Путем перегрева этой плазмы и поддержания ее стабильности можно создать самоподдерживающуюся реакцию синтеза. В то время как другие реакторы токамака полагаются на магнитные катушки для поддержания стабильности плазменного тора, китайский реактор EAST полагается на магнитные поля, создаваемые самой движущейся плазмой, для контроля тора. Это делает его менее стабильным, но позволяет физикам повышать уровень тепла.
После четырехмесячной кампании научная команда EAST смогла объединить четыре типа мощности нагрева, чтобы достичь нового температурного рекорда. Они включали в себя нагрев нижней гибридной волны, нагрев электронно-циклотронной волны, нагрев ионно-циклотронным резонансом и нагрев ионного нейтрального пучка. Благодаря этим комбинированным методам профиль плотности тока в плазме был оптимизирован.
Как только научная группа смогла оптимизировать соединение четырех различных технологий нагрева, они смогли создать облако заряженных частиц, содержащих электроны, нагретые до температуры более 100 миллионов ° C. Они также превысили уровень потребляемой мощности в 10 мегаватт (МВт) и увеличили накопленную энергию плазмы до 300 килоджоулей (кДж).
Это не первый случай, когда ученые CASHIPS сообщают о достижении рубежа синтеза. В 2016 году команда объявила, что они произвели газообразный водород, который был в три раза горячее, чем ядро Солнца (около 50 миллионов ° C; 90 миллионов ° F), и смогли поддерживать эту температуру для рекордного уровня 102. секунд.
С помощью этого последнего эксперимента команда EAST не только удвоила температуру плазменного тора (установив новый рекорд), но и сумела решить ряд вопросов, которые имеют решающее значение для достижения устойчивых операций. Например, они решили проблему ограничения выбросов частиц и энергии, время которых должно быть правильным, чтобы поддерживать устойчивую реакцию синтеза.
В ходе эксперимента также были получены ключевые данные для проверки моделей тепловыделения, транспорта и текущего привода, которые будут иметь решающее значение для реализации нескольких крупных проектов в области синтеза. К ним относятся Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), Китайский испытательный реактор для термоядерного синтеза (CFETR) и Электростанция DEMOnstration (DEMO).
Изначально построенный в 2006 году, EAST стал полностью открытой испытательной установкой, которая позволяет мировому научному сообществу проводить стационарные исследования и физические исследования. И учитывая, что команде EAST снова удалось создать температурные условия значительно выше Солнца, прозвище «Китайское искусственное Солнце» вряд ли выглядит натяжкой!
Эпоха чистой энергии приближается, и не слишком рано!
