Физики нашли более эффективный способ достичь термоядерного зажигания
Источник изображения: сгенерировано Muse
Исследователи из Принстонского университета нашли способ облегчить достижение термоядерного зажигания — режима, при котором реакции синтеза в плазме высвобождают столько энергии, что плазма сама поддерживает высокую температуру и не нуждается в постоянном внешнем подогреве. Согласно расчётам, выгоднее сначала разогреть плазму, а уже потом повышать её плотность, а не поступать наоборот. Итоги работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Чтобы получать энергию из термоядерного синтеза, нужно воспроизвести земными средствами процесс, лежащий в основе жизни Солнца: лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые и при этом выделяют энергию. Одно из главных препятствий — добиться зажигания, то есть состояния, в котором энергии реакций хватает на то, чтобы плазма удерживала нужную температуру.
Основой исследования стал критерий Лоусона — свод условий, сформулированный ещё в 1950-е годы и описывающий, что необходимо для поддержания термоядерной реакции. Авторы расширили расчёты четырьмя факторами, влияющими на энергетический баланс плазмы: накоплением гелия как продукта реакции, загрязнением плазмы материалом стенок реактора, потерями энергии на синхротронное излучение и утечкой тепла. Эти явления изучались и прежде, но теперь их впервые объединили в рамках единой модели, что позволило точнее определить условия зажигания.
Кроме того, расчёты обнаружили возможную серьёзную проблему, связанную с вольфрамом. Этот металл рассматривают как материал для стенок будущих термоядерных установок из-за его исключительной жаростойкости, но даже малое количество вольфрама в плазме способно прервать реакцию. Следовательно, при проектировании реактора необходимо исключить попадание этого металла в плазму.
В то же время часть процессов, мешающих запуску синтеза, после его начала может способствовать стабилизации реакции. Моделирование продемонстрировало, что излучение и утечка тепла служат своего рода естественными ограничителями плазменных процессов, хотя и затрудняют достижение зажигания.
Пока исследование носит чисто теоретический характер: авторы не испытывали предложенный подход на экспериментальном реакторе. Тем не менее полученные результаты помогут точнее подбирать параметры будущих установок, оценивать вероятность зажигания и учитывать факторы, способные нарушить работу реактора. По мере того как термоядерные исследования переходят от опытов с горящей плазмой к созданию энергетических станций, подобные расчёты способны уменьшить число ошибочных проектных решений и снизить затраты на разработку.
Источник: iXBT
Rocket Lab повысила цену запуска Neutron на 27%, хотя ракета ещё ни разу не летала
На расширение Восточного для запусков «Союза-5», «Старт-1М» и многоразовой «Амур-СПГ» направят 10 млрд рублей
Музыка объединяет: «Кион Музыка» запустила «Фанзону» для новых знакомств
Дженсен Хуанг ушёл с должности главы Nvidia спустя 33 года руководства
Как SpaceX разрабатывает стойку Kessel с 84-слойной платой для орбитальных ЦОД
В iFixit разобрали 14-дюймовый MacBook Pro с сенсорным дисплеем PROLED XDR
Anthropic официально объявила о выходе на Nasdaq с тикером ANT
Совет директоров Nvidia готовится отправить Дженсена Хуанга в отставку после двух внебрачных связей