Ядерный синтез обещает практически безграничный и устойчивый источник энергии посредством процессов, аналогичных тем, которые питают Солнце, при условии, что сначала удастся решить некоторые довольно сложные и фундаментальные физические проблемы.

В настоящее время исследуется множество методов выжимания энергии из атомов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Новые исследования показывают, что вскоре у нас может появиться способ преодолеть главное препятствие в процессах, использующих туннели в форме пончика, известные как токамаки.

Ранее предполагавшийся барьер для синтеза в токамаке, известный как предел Гринвальда, теперь преодолен в десять раз благодаря усилиям группы исследователей из Висконсинского университета.

Хотя механизмы, лежащие в основе этого ограничения, не до конца понятны, эмпирическое правило устанавливает потолок электронной плотности в нагретой плазме токамака.

Наличие надежного способа преодоления этого предела означает, что мы можем сделать шаг вперед с точки зрения стабильности и эффективности термоядерного реактора токамак, приближая нас к тому дню, когда ядерный синтез станет практической реальностью.

«Здесь представлены эксперименты на токамаке с электронной плотностью, превышающей предел Гринвальда до десяти раз в стационарных условиях, что является беспрецедентным», — пишут исследователи в опубликованной статье.

Ядерный синтез — принудительное соединение атомных ядер для высвобождения избыточной энергии — требует интенсивного тепла, создаваемого за счет удержания заряженных частиц, составляющих плазму.

Токамак — это особый тип ядерного термоядерного реактора, который использует токи для перемещения плазмы через центр большого полого кольца. Магнитные поля внутри этого горячего беспорядка заряженных частиц помогают удерживать его, однако плазма более подвержена нестабильности, чем в аналогичных методах, и в значительной степени подчиняется довольно строгому ограничению плотности электронов плазмы. Более высокая плотность электронов даст больше реакций и больше энергии.

Команда считает, что две ключевые характеристики MST помогли так всесторонне преодолеть ограничения этой плотности: его толстые проводящие стенки (для стабилизации магнитных полей, управляющих плазмой), и его источник питания, который можно регулировать на основе обратной связи (опять же, что имеет решающее значение для стабильности).

Это не означает, что ядерный синтез будет готов к запуску в ближайшее время, и здесь есть оговорки,  которые следует обозначить. Плазма не работала при сверхвысоких температурах, как это обычно происходит в реакциях синтеза, поэтому эти эксперименты необходимо будет масштабировать в этом отношении.

Авторы нового исследования уверены, что ученые смогут выяснить, как получить такие же результаты на других машинах, хотя еще предстоит проделать большую работу, чтобы проанализировать, почему именно эта конкретная установка работает так хорошо.

Источник: Physical Review Letters