Значително постижение в британската инсталация за термоядрен синтез „MAST Upgrade“ може да спомогне за решаването на едно от най-големите предизвикателства пред търговския термоядрен синтез: как да се създаде мощна плазма, без тя да стане нестабилна. Учените, работещи с инсталацията за термоядрен синтез „MAST Upgrade“ постигнаха най-високото налягане на плазмата, регистрирано досега в инсталацията, като същевременно поддържаха стабилността на плазмата.

Необходимост от работа при изключително високи температури

Пробивът беше обявен от Агенцията за атомна енергия на Обединеното кралство (UKAEA) след приключването на петата експериментална кампания на уреда, която се проведе през миналата и тази година и доведе до създаването на над 1100 термоядрени плазми. Постижението е важно, защото бъдещите термоядрени електроцентрали ще трябва да работят при изключително високи температури, налягания и плътности, като същевременно поддържат прецизен контрол върху плазмата.

Ядреният синтез е процесът, който захранва Слънцето. На Земята учените се опитват да възпроизведат този процес, като нагряват изотопи на водорода до огромни температури, докато те образуват плазма – горещо, електрически заредено състояние на материята. За да станат термоядрените реакции все по-продуктивни, учените трябва да доведат горивото до високи температури и плътности и да го задържат ефективно.

Налягането е от особено значение. Плазмата с по-високо налягане може потенциално да генерира повече енергия от термоядрен синтез от даден обем, което прави работата при високо налягане важен фактор за бъдещите търговски термоядрени реактори. Но повишаването на налягането в плазмата създава и сериозен проблем: нестабилност. Едно от най-сериозните предизвикателства е известно като „Edge Localised Mode“ (ELM).

ELM представляват внезапни изблици на нестабилност, които възникват по краищата на термоядрената плазма. Те могат бързо да освободят значителна част от натрупаната енергия на плазмата към околните компоненти. Според UKAEA едно-единствено събитие може да изхвърли до около 1/10 от натрупаната енергия на плазмата. Повтарящи се събития биха могли да повредят стените и изпускателните компоненти на бъдеща термоядрена електроцентрала, което би увеличило изискванията за поддръжка и потенциално би застрашило икономическата жизнеспособност на термоядрената енергия.

Резултатите наистина определят проектирането на бъдещите термоядрени електроцентрали

С други думи, получаването на изключително гореща плазма е само част от предизвикателството. Учените трябва също така да намерят начини да държат тази плазма под контрол.

„Резултатите наистина определят проектирането на бъдещите термоядрени електроцентрали. Достигането на четири стабилни режима на плазма с висока производителност, включително QH-режим, QCE и I-режим, както и нашата първа в света техника за контрол на позицията на плазмата, показва, че проектът „MAST Upgrade“ постига научни резултати, които са на върха на възможното. Нивото на международен интерес към нашите данни отразява централната роля на Обединеното кралство в глобалните изследвания в областта на термоядрената енергия, а тези открития ни приближават с още една стъпка към практическото използване на термоядрената енергия.“

заяви Джеймс Харисън, ръководител на научната програма „MAST Upgrade“ в UKAEA

Последните експерименти с MAST Upgrade показват, че това може да бъде постигнато дори при по-високо плазмено налягане. Екипът на MAST Upgrade проучи няколко усъвършенствани режима на работа, предназначени да потискат или намалят вредните нестабилности.

Едно от най-забележителните постижения беше нов метод за откриване и контролиране на положението на плазмата в реално време.

Екипът на проекта „MAST Upgrade“ използва измервания на видимата светлина, излъчвана от деутерия в зоната на дивертора на уреда. Чрез анализа на тази светлина изследователите успяха да открият минимални позиционни неравновесия в плазмата. Значението на този подход надхвърля простото наблюдение на експеримента. Бъдещите търговски термоядрени централи ще се нуждаят от изключително сложни автоматизирани системи за управление, способни да реагират бързо и точно на промени в плазмата.