Турбулентный переход в магнитно-удерживаемой плазме водорода и дейтерия

Чтобы инициировать реакцию термоядерного синтеза, дейтерий и тритий необходимо нагреть до температуры более 100 миллионов градусов Цельсия. Так образуется плазма, которая затем поддерживается сильной магнитной «клеткой». Однако при возбуждении турбулентности в плазме может произойти утечка. Таким образом, турбулентность является важной темой в исследованиях термоядерного синтеза, и ее подавление имеет важное значение для реализации термоядерной электростанции. Для подавления турбулентности необходимо понимание физического механизма ее возбуждения, и LHD (Large Helical Device — "большое спиральное устройство" для термоядерного синтеза, расположенное в Токи, Гифу, Япония) является идеальным приспособлением для решения этой задачи. Учёные успешно измерили не только амплитуду турбулентности, но также ее пространственный профиль и направление распространения с помощью прецизионной лазерной диагностики. Ещё была исследована зависимость турбулентности от массы ионов. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Достигнут режим плазмы токамака с высокой плотностью и высоким удержанием для термоядерной энергии

Чтобы сдержать плазму по мере увеличения ее плотности, учёные использовали дополнительные магниты и выбросы дейтерия там, где это было необходимо. Это позволило добиться более высокой плотности в ядре, чем по краям, что помогло гарантировать, что плазма не сможет выйти наружу. Время удержания в этом состоянии составило 2,2 секунды — достаточно долго, чтобы доказать, что это возможно. Обнаружено, что в течение этого короткого промежутка времени средняя плотность в реакторе на 20% превышала предел Гринвальда — предсказанный теоретический барьер, который отмечает точку, где добавленное давление выйдет за пределы магнитного поля, удерживающего плазму на месте.

Подтверждение "научной безубыточности" в реакции термоядерного синтеза с использованием лазера

Пять независимых групп исследователей рассмотрели работу и заявления группы Национального центра зажигания (NIF), которая объявила в декабре 2022 года, что они достигли первой реакции термоядерного синтеза с использованием лазера, которая превысила «научную безубыточность» — в которой больше энергии было произведено в результате искусственной реакции синтеза, чем использовано в ходе реакции. Учёные обстреляли лазерами капсулу, содержащую два типа тяжелого водорода. Это привело к выбросу рентгеновских лучей, что запустило процесс термоядерного синтеза. В эксперименте было использовано 2,05 мегаджоуля энергии для питания лазеров и измерено 3,15 мегаджоуля энергии реакции термоядерного синтеза. Во время эксперимента материал в капсуле был неожиданно перегрет за счет энергии реакции термоядерного синтеза до энергий, превышающих ту, которую дают лазеры.

Моделирование термоядерного синтеза раскрывает многомасштабную природу турбулентности токамака

В исследовании изучалось сложное взаимодействие между медленным крупномасштабным движением ионов водородного топлива и быстрым мелкомасштабным движением электронов. Было обнаружено, что эта так называемая "многомасштабная турбулентность" в основном отвечает за потери тепла в краевой области экспериментов на токамаке в условиях, необходимых для оптимизированного термоядерного реактора. Статья опубликована в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.

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.

Насыщение вихревых колец, выбрасываемых из интерфейсов с ударным ускорением

Лучшее понимание образования закручивающихся кольцеобразных возмущений, известных как вихревые кольца, может помочь исследователям ядерного синтеза более эффективно сжимать топливо, приближая его к тому, чтобы стать жизнеспособным источником энергии. Энергия лазеров испаряет слой материала вокруг топлива — почти идеальную, выращенную в лаборатории алмазную оболочку, установленную последним рекордом в декабре 2022 года. Когда эта оболочка испаряется, она толкает топливо внутрь, а атомы углерода вылетают наружу. Это создает ударную волну, которая толкает топливо так сильно, что плавится водород.

Обнаружены доказательства того, что в реакциях синтеза ионы ведут себя иначе, чем ожидалось

Команда NIF построила реактор, в котором несколько лазеров стреляют по цилиндру, содержащему сферу дейтерия и трития. Это приводит к тому, что атомы в сфере сливаются, превращаясь в атомы гелия, тем самым высвобождая большое количество энергии. Остается проблема поддержания реакции без непрерывного включения лазеров.

Новый метод измерения плазмы с высокой плотностью энергии и облегчения термоядерного синтеза с инерционным удержанием

Результаты, полученные под руководством Софии Малко из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США, подробно описывают новый метод измерения «останавливающей способности» ядерных частиц в плазме с использованием сверхинтенсивных лазеров с высокой частотой повторения. Понимание тормозной способности протонов особенно важно для термоядерного синтеза с инерционным удержанием (ICF).

Произведён термоядерный синтез при температуре 100 миллионов кельвинов в течение 20 секунд

Группа исследователей, связанных с несколькими учреждениями в Южной Корее, работающая с двумя коллегами из Принстонского университета и одним из Колумбийского университета, достигла новой вехи в развитии термоядерного синтеза в качестве источника энергии — они произвели реакцию, которая произвела температуру 100 миллионов кельвинов и длился 20 секунд. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, группа описывает свою работу и планы на ближайшие несколько лет.

Новый закон освобождает энергию термоядерного синтеза

Физики из EPFL в рамках крупного европейского сотрудничества пересмотрели один из фундаментальных законов, который лежал в основе исследований плазмы и термоядерного синтеза на протяжении более трех десятилетий, даже управляя проектированием таких мегапроектов, как ИТЭР. Обновление показывает, что мы действительно можем безопасно использовать больше водородного топлива в термоядерных реакторах и, следовательно, получать больше энергии, чем считалось ранее.