Американские физики впервые в истории намерены запустить термоядерный синтез на 60 лет

Ученые Принстонской лаборатории физики плазмы намерены построить самое долговечное устройство для ядерного синтеза, которое сможет работать более 60 лет. В отличие от ядерного распада, за счет которого работают ядерные станции, ядерный синтез не оставляет за собой опасных радиоактивных отходов. Он генерирует огромное количество энергии за счет слияния ядер двух и более легких атомов в одно более тяжелое ядро при невероятно высоких температурах. Этот процесс является настолько эффективным, что подпитывает наше солнце последние 4,5 миллиарда лет.

Самая большая проблема для создания искусственного ядерного синтеза заключается в том, что он требует намного более высоких температур, чем ядерный распад – речь идет о нескольких миллионах градусов против всего нескольких сотен по Цельсию. Во время процесса ядерного синтеза, электроны отделяются от ядер, тем самым создавая супер горячее облако электронов и ионов (ядер без электронов), известное как плазма. Эта энергонасыщенная плазма существует при температуре до 150 миллионов градусов по Цельсию (в 10 раз больше температуры Солнца), и в данный момент на Земле не существует устройства, которое могло бы постоянно поддерживать такую температуру.

Чтобы вы понимали, насколько это сложно, на данный момент одним из самых больших достижений в области ядерного синтеза считается успех немецких ученых, которым удалось нагреть водородный газ до 80 миллионов градусов по Цельсию и поддерживать облако плазмы водорода в течение четверти секунды. А в Китае водородную плазму нагрели до 49.999 миллионов градусов и продержали ее 102 секунды.

Раньше для поддержания супер нагретой плазмы ученые использовали токамаки (тороидальные камеры с магнитными катушками, реакторы для ядерного синтеза) в форме пончика.

Ученые Принстонской лаборатории хотят построить более компактный сферический токамак, по форме напоминающий сердцевину яблока. Это может сократить размер отверстия в кольцевой форме, позволяя контролировать плазму с гораздо меньшими затратами энергии, создаваемой магнитными полями. Это также позволит произвести тритий – редкий изотоп водорода, и использовать его для термоядерной реакции с другим изотопом водорода – дейтерием. Кроме того, американские физики заменят огромные медные магниты традиционной конструкции токамака на высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые являются гораздо более эффективными, поскольку электричество течет через них с нулевым сопротивлением.

В рамках реализации проекта ученые используют уже существующие токамаки – британский MUST, находящийся в завершающей стадии строительства, и токамак Принстонской лаборатории NSTX-у.

«Таким образом мы открываем новые возможности для предприятий будущего», – говорится в заявлении одного из исследователей проекта, директора NSTX-у-программы Джонатана Менара.

«Эти объекты смогут расширить границы физики, умножить наши знания о плазме высокой температуры и, в случае успеха, заложить научный фундамент для разработки путей синтеза, основанных на более компактных устройствах (чем тот же NSTX-у, вес которого 85 тонн – Прим.ред.)», – добавляет руководитель Принстонской лаборатории физики плазмы Стюарт Прагер.