Новий підхід допоможе токамакам утримувати плазму стабільно

Міжнародна група дослідників з Техаського університету в Остіні, Лос-Аламоської національної лабораторії та компанії Type One Energy Group розробила революційний підхід до проєктування систем магнітного утримання, що може значно прискорити розвиток термоядерної енергетики.

Фундаментальна проблема термоядерного синтезу

Ядерний синтез вважається перспективним джерелом чистої енергії, що не виробляє парникових газів та небезпечних радіоактивних відходів. Однак однією з головних перешкод на шляху до комерційного використання термоядерних реакторів є проблема утримання високоенергетичних частинок всередині реактора.

Для здійснення термоядерного синтезу ізотопи водню нагріваються до температур, що перевищують температуру поверхні Сонця, перетворюючись на плазму. При таких екстремальних умовах з реактора “втікають” альфа-частинки через отвори в магнітному полі, що призводить до зниження щільності та температури плазми, внаслідок чого реакція синтезу припиняється.

Інноваційний підхід на основі теорії симетрії

Традиційні методи проєктування магнітних систем утримання стикаються з серйозними обчислювальними обмеженнями. Використання законів Ньютона для моделювання поведінки частинок потребує колосальних обчислювальних ресурсів та часу. Альтернативний підхід, відомий як “теорія збурень”, є швидшим, але менш точним.

Дослідники розробили принципово новий підхід, що базується на теорії симетрії. Як зазначає Джош Бербі, доцент кафедри фізики Техаського університету: “Наразі не існує практичного способу знайти теоретичну відповідь на питання утримання альфа-частинок без наших результатів… Наша теорія є першою теорією, яка оминає ці пастки”.

Перспективи для розвитку термоядерної енергетики

Новий метод дозволяє проєктувати герметичні магнітні системи утримання приблизно в 10 разів швидше порівняно з сучасними підходами. Це може суттєво прискорити розробку ефективних стелараторів та інших типів термоядерних реакторів.

Попри значний прогрес, досягнутий в останні роки, включаючи демонстрацію чистого приросту енергії в Національній установці запалювання (NIF), проблема ефективного утримання плазми залишалася однією з ключових перешкод для масштабування технології ядерного синтезу.

Вирішення цієї 70-річної проблеми може стати поворотним моментом у розвитку термоядерної енергетики і наблизити людство до створення практично невичерпного джерела чистої енергії.