Принцип термоядерного синтеза

Ядерный синтез — это процесс, при котором ядра двух легких атомов, например водорода, сливаются с образованием более тяжелого ядра, выделяя при этом значительное количество энергии. Этот процесс лежит в основе работы звезд, включая наше Солнце. Внутри звезд, где температура и давление чрезвычайно высоки, атомы водорода подвергаются таким мощным воздействиям, что в итоге они сливаются с образованием гелия. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии в виде света и тепла, позволяя звезде светить и обогревать окружающее пространство.

На Земле воссоздание таких экстремальных условий для ядерного синтеза представляет собой серьезную техническую проблему. Температуры, необходимые для начала синтеза, невероятно высоки — порядка сотен миллионов градусов Цельсия. При таких температурах атомы движутся с чрезвычайно высокой скоростью, что позволяет им преодолеть электрическое отталкивание и соединиться.

В термоядерных реакторах магнитные поля удерживают плазму — ионизированный газ, состоящий из ядер и свободных электронов, — в небольшом пространстве. При благоприятных условиях ядра водорода в плазме сливаются с образованием гелия, выделяя энергию. Эта энергия может быть восстановлена и преобразована в электричество, обеспечивая чистый и практически неограниченный источник энергии.

Корейское искусственное солнце бьет рекорд

Одним из таких реакторов является Корейский сверхпроводящий токамак (KSTAR), также известный как Корейское искусственное солнце. На протяжении многих лет KSTAR постепенно улучшал свои показатели в управляемом ядерном синтезе. В 2018 году команде впервые удалось достичь температуры в 100 миллионов градусов Цельсия, но лишь на 1,5 секунды. Через год это время было увеличено до 8 секунд, а затем до 20 секунд в 2020 году. В 2021 году был установлен новый рекорд, когда плазма поддерживалась при такой температуре в течение полуминуты.

С тех пор команда Корейского института термоядерной энергии (KFE) значительно усовершенствовала устройство. В частности, была построена новая вольфрамовая отводящая среда, которая позволила увеличить продолжительность поддержания плазмы при температуре 100 миллионов градусов Цельсия. Теперь KSTAR может выдерживать такую температуру в течение 48 секунд.

Режим высокой конфайнментации

Также утверждается, что KSTAR способен поддерживать горячую плазму в режиме высокой конфайнментации (H-режим) в течение 102 секунд. Когда мы говорим о поддержании температуры в 100 миллионов градусов Цельсия в течение 48 секунд, это означает, что реактору удалось достичь этой чрезвычайно высокой температуры и поддерживать ее в течение этого определенного периода времени. Это показатель способности реактора нагреть плазму до температуры ядерного синтеза за определенный период времени.

В отличие от этого, поддержание горячей плазмы в режиме высокого удержания (H-режим) в течение 102 секунд означает способность реактора поддерживать плазму при высокой температуре, сохраняя при этом оптимальные условия магнитного удержания. H-режим — это особый режим работы, в котором реактору удается поддерживать более стабильные и продолжительные термоядерные характеристики. Это демонстрирует не только способность нагревать плазму, но и поддерживать ее стабильной и горячей в определенном режиме работы. Конечной целью корейской команды является продление этого времени и достижение 300 секунд горения плазмы к концу 2026 года.

Помимо отдельных достижений, KSTAR является неотъемлемой частью глобальных исследований в области ядерного синтеза. Такие проекты, как Объединенный европейский торус (JET), дополняют усилия по изучению и освоению этой перспективной технологии. Эти экспериментальные реакторы служат испытательными стендами для крупномасштабных прототипов, таких как ИТЭР. Последний, рассчитанный на выработку в десять раз больше энергии, чем потребляет, будет введен в эксплуатацию через несколько лет.