Небольшой термоядерный эксперимент достигает температуры выше, чем в ядре Солнца
Чтобы производить коммерческую энергию, будущие термоядерные электростанции должны будут достигать температуры 100 миллионов градусов по Цельсию. Для этого требуется тщательный контроль над плазмой. В исследовании, опубликованном в журнале Nuclear Fusion, учёные усовершенствовали рабочие условия для достижения необходимых температур в компактном сферическом токамаке под названием ST40.
Результаты TRANSP-анализа высокотемпературного разряда ST40 (слева) и реконструкции равновесия и изображения с камеры высокотемпературного разряда ST40 (справа).
Фото: Принстонская лаборатория физики плазмы, Принстонский университет (слева) и Tokamak Energy Ltd. (справа).
Это устройство уникально; он намного меньше и имеет более сферическую плазму, чем другие термоядерные устройства. Чтобы достичь этих результатов, исследователи использовали подход, аналогичный прошлым «супервыстрелам», которые произвели более 10 миллионов ватт термоядерной мощности в токамаке TFTR в 1990-х годах.
Эти усилия впервые продемонстрировали температуры ионов, соответствующие термоядерному синтезу, в компактном сферическом токамаке с сильным магнитным полем. Это подтверждает, что сферический токамак может достичь одного из условий, необходимых для коммерческого производства термоядерной энергии. Эти результаты также показывают, что аналогичные экспериментальные термоядерные установки могут привести к созданию более компактных и потенциально более экономичных термоядерных источников энергии, чем другие конфигурации.
Принстонская лаборатория физики плазмы (PPPL), Окриджская национальная лаборатория (ORNL) и исследователи Tokamak Energy Ltd работали в рамках первого в своем роде совместного соглашения о совместных исследованиях и разработках (CRADA) для разработки операционных сценариев и методов анализа. Их эксперименты теперь продемонстрировали достижение высоких ионных температур, связанных с термоядерным синтезом, на частной экспериментальной термоядерной установке. Исследователи PPPL и ORNL активно участвовали в работе устройства ST40 и анализе данных для достижения этих температур плазмы, необходимых для коммерческой термоядерной энергии.
В ходе исследования плазма ST40 работала при значениях тороидального магнитного поля чуть более 2 тесла и нагревалась 1,8 миллиона ватт нейтральных частиц высокой энергии. В то время как разряды плазмы ST40 длились всего 150 миллисекунд, плазма показала температуру ионов более 100 миллионов градусов Цельсия.
Исследователи использовали транспортный код TRANSP, разработанный в PPPL, для определения температуры ионов основного вида дейтерия на основе диапазонов измеренных профилей температуры примесей. Эти профили показывают диапазон температур примесных ионов (показан синим цветом на изображении выше) значительно выше 8,6 кэВ (100 миллионов градусов Цельсия) и диапазон температур дейтерия (показан пурпурным цветом) около уровня 8,6 кэВ.
