Физики нашли более дешёвый путь к термоядерной энергии – достаточно поменять порядок действий

Физики Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США предложили способ запустить термоядерную реакцию с гораздо меньшими затратами энергии.

Идея простая – сначала нагреть плазму, а уже потом сделать её плотнее, а не наоборот, как планируют многие разработчики реакторов.

Термоядерный синтез питает Солнце, и учёные десятилетиями пытаются воспроизвести его на Земле как почти неисчерпаемый источник чистой энергии. Главная цель – так называемое зажигание, когда реакция начинает сама себя подогревать и больше не требует постоянной подпитки извне.

Китай запустил 582-тонный магнит для реактора термоядерного синтеза "искусственное Солнце"

Симуляция миллиарда атомов показала, что вольфрам в термоядерных реакторах разрушается быстрее прогнозов

Чтобы этого добиться, топливо превращают в плазму, сверхгорячий газ из заряженных частиц, которая должна быть одновременно очень горячей и очень плотной. Условия зажигания описывает формула, известная с 1950-х годов, но она отвечает только на вопрос, куда нужно прийти, а не на вопрос, как туда добраться с наименьшими затратами.

Один из участников исследования, Луис Дельгадо-Апарисио, сравнивает задачу с переходом через горный хребет. Многие проекты фактически лезут на вершину напрямую: сначала сжимают плазму, а потом тратят огромное количество энергии на её нагрев. Новые расчёты показывают, что гору можно обойти через перевал.

Дельгадо-Апарисио пояснил:

Многие компании хотят взобраться на гору напрямую и тратят огромное количество энергии, чтобы туда попасть. Вместо этого обойдите пик. Вы придёте в то же место гораздо более разумным путём и затратите намного меньше энергии.

В отличие от прежних моделей, учёные учли сразу несколько факторов, которые мешают реакции в реальных установках. Среди них накопление гелия, который образуется при синтезе и разбавляет топливо, примеси от стенок реактора, излучение электронов в магнитном поле и общие потери тепла.

Самый неожиданный вывод касается вольфрама, сверхтугоплавкого металла, из которого планируют делать внутренние стенки более чем десятка будущих реакторов. Оказалось, что всего одна частица вольфрама на 10 000 частиц плазмы примерно вдвое повышает давление, необходимое для зажигания. Защитить плазму от загрязнения может покрытие стенок жидким литием, над которым в PPPL работают уже много лет.

Есть и хорошая новость – те же потери энергии, которые мешают запустить реакцию, помогают ей не выйти из-под контроля после старта. При этом термоядерный реактор в любом случае безопаснее атомной станции, ведь топлива в нём одновременно хватает лишь на несколько секунд, и при сбое плазма просто остывает.

Пока подход существует только в виде расчётов. Нынешние установки ещё не достигают нужных температур, так что проверить его на практике невозможно, и команда продолжит исследования с помощью компьютерного моделирования.