Принстонская лаборатория физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE) сотрудничает с Массачусетским технологическим институтом для разработки передового проекта, который сделает термоядерный синтез коммерчески жизнеспособным.
Проект надеется устранить проблему утечки «альфа-частиц» в результате термоядерных реакций из таких реакторов, как проект SPARC.
Это полугосударственный, частично финансируемый из частных источников проект, который использует гранты Министерства энергетики для поддержки их усилий по разработке высокопроизводительной термоядерной плазмы с использованием реактора типа токамак.
Однако такие реакторы могут страдать из-за несоответствия сверхпроводящих магнитов, используемых для герметизации термоядерной плазмы. Это приводит к утечке жизненно важных «альфа-частиц», которые могут замедлить или даже остановить производство энергии термоядерного синтеза, а также повредить внутреннюю часть реактора.
Решением этой проблемы является использование специально разработанных сверхпроводящих магнитов и создание более компактного реактора. Уменьшая размер реактора и используя лучшие магниты, реактор должен работать при более высоких полях и напряжениях, чем существующие реакторы.
Это также должно позволить проектировать и строить меньшие и недорогие термоядерные установки. Предполагается, что быстрые альфа-частицы, образующиеся в реакциях синтеза, могут быть достаточно длинными, чтобы поддерживать тепло плазмы.
«Наше исследование показывает, что это может работать», — сказал физик PPPL Геррит Крамер. Крамер — ключевой участник проекта DOE Innovation Network for Fusion Energy (INFUSE).
«Мы обнаружили, что альфа-частицы действительно хорошо изолированы в реакторе SPARC», — пояснил Крамер.
Крамер пришел к такому выводу благодаря совершенно особой компьютерной программе под названием «СПИРАЛ». Он был разработан PPPL для проверки закрытия частиц в реакторе.
«Код, который имитирует волнистый узор или волны в магнитном поле, которое позволяет частицам быстро высвобождаться, показал хорошую герметичность и отсутствие повреждений стенок SPARC», — пояснил Крамер.
«Код SPIRAL хорошо сочетается с кодом ASCOT из Финляндии. Хотя эти два кода совершенно разные, результаты были похожи », — сказал Крамер.
SPARC выглядит действительно многообещающим
Выводы порадовали ведущего автора Стивена Скотта (консультанта по термоядерным системам Commonwealth Fusion Systems и бывшего многолетнего физика PPPL): «Приятно видеть наше понимание с помощью вычислений ущерба, наносимого волнами», — сказал он.
«Потому что я экспериментально изучал этот вопрос в своей докторской диссертации в начале 1980-х», — добавил он.
Ученые по всему миру неустанно работают, чтобы человечество могло создать свой собственный, почти безграничный источник энергии. Такие проекты, как SPARC, приближают нас на шаг ближе к этой, казалось бы, невыполнимой задаче.
