Наконец, сила термоядерной энергии может быть раскрыта благодаря новому обновлению физики.

В мире возобновляемых источников энергии, пожалуй, нет более амбициозной цели, чем термоядерная энергетика. Это включает в себя слияние атомов водорода с образованием гелия — процесс, в результате которого генерируется недопустимое количество энергии. Это реакция, которая происходит каждое мгновение на Солнце, но воспроизвести ее на Земле — утомительный и редкий процесс. Однако, если мы добьемся успеха, у нас будет доступ к чистому источнику возобновляемой электроэнергии, который удовлетворит наши растущие потребности в энергии.

С этой целью исследователи изучают явление, называемое «воспламенением», когда термоядерный реактор генерирует больше энергии, чем необходимо для создания начальной реакции. Для достижения этой цели предпринимается несколько крупных попыток, включая Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) во Франции. В этой работе используются мощные магниты в машине, называемой токамак, для создания перегретой плазмы, созданной с использованием водородного топлива.

Но вот в чем загвоздка: водородного топлива не так много, как вы можете залить в токамак, прежде чем все пойдет не так.

«Одним из ограничений при создании плазмы внутри токамака является количество водородного топлива, которое вы можете ввести в него», — сказал Паоло Риччи, исследователь из Швейцарского центра плазмы. Он сказал в пресс-релизе. «С первых дней термоядерного синтеза мы знали, что если вы попытаетесь увеличить плотность топлива, в какой-то момент возникнет то, что мы называем «турбулентностью» — вы полностью потеряете ловушку, и плазма пойдет туда, куда это.»

Чтобы решить эту проблему, ученые начали искать различные уравнения для измерения максимального количества водорода, которое вы можете поместить в токамак до возмущения. Один из законов, который закрепился за ним и стал основой в мире исследований термоядерного синтеза, известен как «предел Гринвальда», который гласит, что количество топлива, которое может использовать токамак, напрямую связано с радиусом машины. Исследователи ИТЭР даже построили свои устройства на основе этого закона.

Но даже предел Гринвальда не был идеальным.

«Предел Гринвальда — это то, что мы называем «экспериментальным» законом или пределом, что в основном означает, что это похоже на общее правило, основанное на наблюдениях, сделанных в ходе предыдущих экспериментов», — сказал Алекс Зелстра, физик-экспериментатор из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии. Daily Beast в письме. «Они очень полезны, но мы всегда должны быть осторожны при их применении вне обстоятельств, когда у нас есть данные испытаний».

Вот почему Ричи и его команда бросили вызов этому твердому убеждению в новая бумага Опубликовано 6 мая в журнале Физические обзорные письма. В нем они предположили, что предел Гринвальда на самом деле может быть увеличен почти в два раза — почти вдвое больше, чем количество водородного топлива, которое пойдет в токамак для производства плазмы. Их результаты могут заложить основу для будущих термоядерных реакторов, таких как DEMO — преемника разрабатываемого в настоящее время реактора ИТЭР — чтобы, наконец, достичь воспламенения.

«Это важно, потому что это показывает, что интенсивность, которую вы можете достичь в токамаке, увеличивается с мощностью, необходимой для его работы», — сказал Ричи. «На самом деле DEMO будет работать на гораздо более высокой мощности, чем нынешние токамаки и ИТЭР, а это означает, что вы можете увеличить плотность топлива без снижения мощности, в отличие от закона Гринвальда. И это очень хорошая новость».

Зилстра считает, что выводы команды важны, потому что они проливают свет на то, почему у термоядерных реакторов тоже есть ограничения. В нем также говорится, что конструкции токамаков, такие как ITER или DEMO, могут быть «менее ограничивающими, чем считалось ранее». С удвоением плотности топлива это может значительно повысить выходную мощность токамака и, наконец, заставить нас загореться.

«Слияние — очень сложная проблема — как с научной, так и с технологической точки зрения, и для того, чтобы сделать мощь синтеза реальностью, требуется много шагов вперед за раз», — добавил Зилстра. «Если это исследование получит дальнейшее подтверждение, особенно на таких машинах, как ИТЭР, оно, безусловно, поможет сообществу магнитного синтеза разработать и улучшить будущие конструкции экспериментальных установок и производства электроэнергии».