В ядрен реактор с размер, по-малък от един метър, са постигнати температури, седем пъти по-високи от тези в центъра на Слънцето. Йонните частици- "оголените ядра" в сферичния Токамак ST40 са се нагорещили до над 100 млн. градуса по Целзий, с което е счупен рекордът за този вид реактор.
Сто милиона градуса по Целзий досега са били постигани само в много по-големи реактори, изискващи много по-голяма мощност. Това е значимо постижение, тъй като показва, че подходящите условия за термоядрен синтез могат да бъдат създадени в по-компактни реактори като ST40, които изискват по-малко енергия за работа.
"Докато националните лаборатории са докладвали за температури на плазмата над 100 [милиона] градуса в конвенционални токамаци, които са поне 15 пъти по-големи, ключовият етап на компанията Tokamak Energy е постигнат за пет години в компактен сферичен токамак", заявява пред IFLScience Стюарт Уайт (Stuart White) от Tokamak Energy. "Сферичните токамаци увеличават максимално мощността на термоядрения синтез с по-висока ефективност, както и с по-ниски капиталови инвестиции, оперативни разходи и по-малка площ в сравнение с конвенционалните токамаци. Това е оптималният подход както от научна, така и от икономическа гледна точка."
Общо взето е по-трудно да се постигне термоядрен синтез в по-малък реактор в сравнение с по-голям.
Ядреният синтез възниква, когато два атома се съединят,образувайки по-тежко ядро и освобождавайки огромно количество енергия.
Всичко, което е необходимо за гориво, е водород - най-разпространеният елемент във Вселената, но е много трудно, защото за да се съединят атомите (образувайки хелий), са необходими огромни температури и налягане. Постигането на тези условия в един реактор обикновено изисква много оборудване и пространство, но ST40 - устройство, което прилича на метално яйце с размер един метър - постига същите резултати като реактори, които се нуждаят от около 2,6 квадратни километра.
Термоядреният синтез
На ядрения синтез се гледа като на потенциално неограничен източник на чиста енергия, създаван от същите процеси в ядрото на Слънцето. При използване на интензивна топлина, магнитни полета и налягане ядрата на по-леките елементи се сливат, за да се създадат по-тежки елементи, като при това се освобождава енергия. Като задържат този подобен на звездния процес в специално проектирани реактори, инженерите могат да слеят водородни атоми, за да произведат хелий, използвайки произведената чиста енергия и потенциално намалят зависимостта от изкопаеми горива. За да се осъществи реакцията, свръхнагрятият газ - в състояние на плазма - се подлага на налягане, което по същество притиска атомите един към друг и ги принуждава да реагират.
Как работи токамакът?
Електрическо поле, създадено от трансформатор, задвижва ток (големите червени стрелки) през плазмената колона. В резултат на това се образува полоидално магнитно поле, което компресира плазмения поток по такъв начин, че той придобива формата на кръг в разрез (зелените вертикални кръгове). Във вътрешността на корпуса с формата на поничка се създава вакуум, а компресираната по този начин колона предотвратява дезинтеграцията. Другото магнитно поле, което протича по цялото тяло, се нарича тороидално (зелените хоризонтални линии). Комбинацията от тези две полета създава спираловидна триизмерна крива (показана в черно), която може да поддържа плазмата.
"Тези резултати показват за първи път, че температурите на йоните, които са подходящи за промишлен термоядрен синтез с магнитно задържане, могат да бъдат получени в компактен високополюсен ST и предвещават добри резултати за термоядрените електроцентрали, базирани на високополюсен ST", пишат изследователите, които стоят зад постижението.
Макар че заради Чернобилската авария от 1986 г. мнозина изпитват колебание по отношение на ядрената енергия, като източник на енергия тя вероятно е без конкуренция, когато става въпрос за устойчивост и въздействие върху околната среда. При все по-нарастващото население, което се стреми към многобройни устройства, електрически превозни средства и достатъчно енергия, за да поддържа всичко това, широкомащабното производство на енергия, подобно на това, което се постига чрез ядрен синтез, е един от най-екологичните начини за постигане на това.
Този скок в технологията на термоядрения синтез може един ден да проправи пътя за постигане на ядрена енергия, която да задоволи постоянно нарастващите енергийни нужди на човечеството.
"Този важен рецензиран резултат за първи път демонстрира, че температурата на плазмата, подходяща за използването на енергия от термоядрен синтез с комерсиална цел, може да бъде постигната в компактен сферичен токамак с високо поле", посочва в изявление д-р Стивън Макнамара (Steven McNamara), научен директор на проекта в Tokamak Energy. "В съчетание с нашата водеща в света технология за магнити и с увеличаването на мащаба на операциите, това ни дава голяма увереност, че по-ефективният и рентабилен дизайн на сферичния токамак представлява най-добрият път за постигане на чиста и глобално приложима търговска енергия от термоядрен синтез."
Справка: S.A.M. McNamara et al 2023 Nucl. Fusion 63 054002
DOI 10.1088/1741-4326/acbec8
Източник: Baby Fusion Reactor Less Than A Meter Wide Tops 100 Million°C
