Корейский термоядерный реактор на 30 секунд зажёг плазму, которая в семь раз горячее ядра Солнца

На этой неделе корейское «искусственное солнце» попало в заголовки многих изданий. Термоядерный реактор KSTAR почти 30 секунд удерживал плазму при температуре около 100 млн °C, что в семь раз горячее, чем в ядре Солнца, где идут термоядерные реакции. И это само по себе обнадёживает. Миру нужна недорогая и бесконечная термоядерная энергия. Вот только событие это состоялось почти год назад (о чём мы сообщали), а вспомнили о нём благодаря свежей публикации в Nature.

Источник изображения: National Research Council of Science & Technology

Впрочем, южнокорейские учёные рассказали в статье, как они добились успеха в удержании плазмы, поэтому нам тоже есть о чём поговорить не пересказывая старую новость, как поступило большинство других изданий.

Учёные KSTAR (Korea Institute of Fusion Energy) поставили задачу добиться стабильности плазмы на токамаке Tokamak Advanced Research. Этот термоядерный реактор, к слову, стал одним из первых в мире, когда в 2007 году реализовал на практике управление магнитным полем реактора с помощью двух групп сверхпроводящих магнитов — тороидальных и полоидальных (с продольными и поперечными силовыми линиями). Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит загрязнение плазмы и потеря её качества.

Магнитные поля могут быть двух типов. Форма поля с эффектом краевого транспортного барьера (КТБ) ведёт к сильному снижению давления у стенки реактора, что не даёт плазме касаться стенок. Поле второго типа создаёт внутренний транспортный барьер (ВТБ), вследствие чего давление по центру образования плазмы резко возрастает и возникает плазменное «ядро». Но в любом случаев возникают краевые нестабильности плазмы, что ведёт к снижению управляемости и, в конечном итоге, к контактам со стенками реактора, охлаждением и остановке реакции.

В поставленном эксперименте южнокорейские учёные модифицировали подход ВТБ, несколько уменьшив плотность плазмы в реакторе, так что в центре плазменного жгута температура выросла, а на периферии уменьшилась. Судя по наблюдениям, краевая нестабильность плазмы стала ощутимо меньше. Это привело к тому, что плазма в реакторе оставалась стабильной и легко управляемой в течение целых 20 с, а всего реактор в цикле смог работать 30 с, что стало для него новым рекордом.

Температура плазмы при этом была на уровне 100 млн °C и это была ионная плазма, в отличие от температурных рекордов китайских термоядерных реакторов, в которых говорят только о температуре электронной плазмы (а в термоядерных реакторах она должна быть в два раза больше ионной).

«Благодаря обилию быстрых ионов, стабилизирующих турбулентность плазмы в ядре, мы генерируем плазму при температуре 100 млн K продолжительностью до 20 с без краевых неустойчивостей плазмы или накопления примесей. Низкая плотность плазмы в сочетании с умеренной входной мощностью для работы является ключом к установлению этого режима путем сохранения высокой доли быстрых ионов. Этот режим редко нарушается и может надежно поддерживаться даже без сложного управления и, таким образом, представляет собой перспективный путь к коммерческим термоядерным реакторам», — говорится в статье Nature о данном эксперименте.

Корейцы нащупали путь, по которому смогут продвигаться дальше. Глобальной целью проекта называется удержание ионной плазмы при температуре 100 млн °C в течение 300 с, чего они намерены добиться в 2025 или 2026 году.