Сегодня расскажу вам о достижении, которое на еще один шаг приближает человечество к самой важной технологии всех времен и народов — термоядерному синтезу. Для начала очень краткая матчасть. Как вы наверняка знаете, термоядерный синтез — это реакция, при которой из ядер легких химических элементов образуются более тяжелые, и этот процесс может послужить для человечества бесконечным источником энергии. А почему? Потому что энергоемкость при термоядерном синтезе в 8 миллионов раз превосходит любые химические реакции, например горение нефти. Простой пример: стакан термоядерного топлива (дейтерия) по энергетическому потенциалу эквивалентен приме��но 2 миллионам тонн угля или 1,3 миллионам тонн нефти. Это делает термоядерную энергетику на порядки эффективнее любого ископаемого топлива. В общем, чтобы забабахать аналог Солнца в земных условиях нужно соблюсти три ключевых параметра термоядерного синтеза или критерий Лоусона, определяющий условия начала управляемой реакции термоядерного синтеза. Его смысл в том, что по достижении температуры запуска реакции необходим компромисс между концентрацией (или плотностью) частиц и временем их удержания в объеме, обеспечивающем эту плотность. Короче, у нас есть три параметра.
Температура. Тут проблема в основном решена. Современные токамаки уверенно достигают температур 100–150 млн °C и выше. Это уже не узкое место.
Плотность плазмы. Тут проблема частично решена. Вот здесь как раз и важен результат китайского EAST из новости ниже. Если кратко, предел Гринвальда, о котором пойдет речь в статье долго ограничивал рабочие режимы. А когда вы повышаете плотность плазмы это расширяет пространство допустимых режимов.
Время удержания энергии. Тут пока все плохо, потому что время удержания энергии — ключевая проблема сегодня. Именно время удержания энергии, а не просто «удержание плазмы», сейчас является главным ограничением. В обывательском понимании «удержать плазму» — это значит не дать ей коснуться стенок реактора, иначе они расплавятся, а плазма мгновенно остынет. Эту задачу магнитные ловушки (токамаки и стеллараторы) решили. Но для физиков «удержание» делится на два разных понятия:
Удержание частиц: Мы заперли ионы и электроны в «магнитную ловушку», и они там крутятся. Мы научились делать это долго. Рекорд у французского токамака WEST — 1337 секунд (чуть более 22 минут).
Удержание энергии: Это время, за которое плазма теряет свою тепловую энергию, если выключить внешний нагрев. И вот здесь главная проблема, в современных реакторах энергия из плазмы уходит слишком быстро из-за: турбулентности, микронестабильностей, утечек тепла вдоль магнитных линий. Короче, у «термоса» плохая термоизоляция. В результате реактор либо требует слишком много внешнего нагрева, либо не выходит в режим самоподдержания.
Добавлю, что плотность и время удержания не независимы. При более высокой плотности требуемое время удержания энергии уменьшается. Это напрямую улучшает критерий Лоусона, если можно держать плазму плотнее — можно позволить себе терять энергию чуть быстрее. Именно поэтому превышение предела Гринвальда — практически важный шаг.
А теперь подробнее про достижение.
Китайские физики сообщили об успехе в исследованиях управляемого термоядерного синтеза. На экспериментальном реакторе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), который часто называют «искусственным Солнцем», удалось удержать плазму в режиме, ранее считавшемся нестабильным. Речь идёт о превышении так называемого предела Гринвальда — одной из ключевых границ в физике токамаков.
Предел Гринвальда описывает максимальную пл��тность плазмы, при которой токамак может работать стабильно. При попытке превысить эту границу плазма, как правило, теряет устойчивость, что приводит к срыву реакции. В новых экспериментах на EAST плотность плазмы удалось поднять примерно в полтора раза выше этого предела, не потеряв при этом стабильность разряда.
Достигнуть такого режима удалось за счёт более точного контроля подачи топлива, нагрева плазмы и работы магнитной системы. Исследователи подчёркивают, что речь идёт не о нарушении физических законов, а о расширении практических рабочих режимов, которые раньше считались недостижимыми.
Значение этого результата заключается в том, что высокая плотность плазмы напрямую связана с эффективностью термоядерного синтеза. Проще говоря, чем больше топлива удаётся стабильно удерживать в реакторе, тем выше потенциальная мощность будущих установок. Именно поэтому предел Гринвальда долгое время считался одним из главных препятствий на пути к коммерческому термоядерному реактору.
Важно понимать, что EAST не предназначен для выработки электроэнергии. Это исследовательская установка, на которой отрабатываются физические и инженерные решения. Тем не менее полученные результаты имеют прямое значение для международного проекта ITER и других перспективных термоядерных реакторов, которые в будущем могут стать основой новой энергетики.
Учёные осторожны в оценках: прорыв не означает, что термоядерная электростанция появится в ближайшие годы. Однако устранение одного из фундаментальных ограничений заметно приближает эту цель. Вместо абстрактных обещаний термоядерная энергетика постепенно обрастает конкретными экспериментальными подтверждениями своей реализуемости.
Китай в последние годы активно наращивает инвестиции в термоядерные исследования, рассматривая их как долгосрочную ставку на энергетическую независимость и сокращение выбросов. Результаты работы EAST показывают, что эта стратегия начинает приносить осязаемые научные плоды, ну ведь надо чем-то питать огромные дата-центры с ИИ, которые помогают нам генерить мемасики!
Буду рад, если подпишитесь на мой TG-канал: https://t.me/bogdanchikov_news
