Физики вернули к жизни технологию термоядерного синтеза, от которой отказались в 1980-х

На национальной термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего впервые экспериментально продемонстрировали геликонный привод тока. Концепцию предложили еще в 1980-х, но оборудование того времени не позволяло проверить её на практике, и идею отложили почти на четыре десятилетия.

Работу опубликовали в Physical Review Letters физики Боб Пинскер, Джефф Лестц и Барт Ван Компернолле из General Atomics, которая эксплуатирует DIII-D по заказу Министерства энергетики США.

Большинство ведущих термоядерных установок построены по схеме токамака, тороидальной камеры, где магнитные поля удерживают раскаленную плазму. Ток в плазме поддерживается по принципу трансформатора – соленоид служит первичной обмоткой, а плазма вторичной. Рано или поздно соленоид нужно "перезарядить", и плазму приходится гасить, так что работа идет импульсами – около 10 секунд у DIII-D и до 1000 секунд у крупнейших установок.

По словам Лестца, для коммерческой жизнеспособности термоядерных электростанций необходим стационарный режим работы. Физики давно изучают неиндуктивные методы, где вместо трансформатора используются радиоволны – они входят в резонанс с электронами и подталкивают их в одном направлении, создавая ток. Однако такие волны не всегда проникают достаточно глубоко, чтобы добраться до горячего ядра плазмы, где ток особенно нужен.

Решить проблему, по замыслу теоретиков, могут геликоны – другая разновидность радиоволн того же диапазона. Именно им Пинскер посвятил свою докторскую диссертацию, однако в 1980-х плазма в токамаках плохо поглощала такие волны, технологии их запуска были неэффективны, а диагностика не позволяла надежно зафиксировать результат. По словам физика, у исследователей просто не было подходящей установки для проверки теории.

Подготовку к возрождению идеи команда начала в 2014 году, а новая серия экспериментов стартовала летом 2024-го. К тому времени на DIII-D появилась специальная гребенчатая антенна, способная направлять геликонные волны в плазму, разогретую достаточно сильно для их эффективного поглощения.

Усовершенствованные методы измерений позволили детально отследить каждый разряд, и исследователи однозначно зафиксировали нагрев плазмы геликонными волнами.

Прежде чем делать выводы, ученые тщательно перепроверили статистику, чтобы исключить обвинения в подборе удобных данных. Пинскер отметил, что геликонный привод не меняет саму концепцию токамака, а дополняет ее еще одной технологией.

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

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

До практического применения пока далеко, ведь DIII-D не может воспроизвести условия настоящего реактора, где метод наиболее перспективен. Следующим шагом команда планирует значительно нарастить мощность геликонной системы и проверить метод в условиях, более близких к реакторным.

Если технология подтвердит эффективность, она может помочь токамакам работать непрерывно, а не короткими импульсами.