Магнитное поле помогло лазерам сжать капсулу с термоядерным топливом
Проведены новые эксперименты по комбинированию двух классических подходов к управляемому термоядерному синтезу — магнитного и инерциального удержания плазмы. Оказалось, что приложение сильного магнитного поля к капсуле с топливом улучшает ее сжатие.
Управляемый термоядерный синтез является самым привлекательным перспективным источником энергии на Земле. Слияние легких ядер высвобождает больше энергии, чем деление урана, и некоторые из видов термоядерного топлива распространены повсеместно. В каждом литре воды на Земле содержится 34 миллиграмма дейтерия, в которых скрывается почти в триста раз больше энергии, чем в литре бензина.
В природе термоядерный синтез происходит в недрах звезд, но «запрячь» его на Земле — крайне сложная задача. Как и следует из названия, для термоядерного синтеза топливо требуется перевести в состояние плазмы и нагреть до температуры звездных недр — десятков или сотен миллионов градусов. Ни один материал таких условий не выдержит.
Поначалу способы приручить термоядерную энергию разделялись на два класса — с магнитным и инерциальным удержанием плазмы. Первый способ использует тот факт, что магнитное поле препятствует движению заряженных частиц поперек силовых линий. Плазма, которая из них состоит, в достаточно сильном поле может некоторое время удерживаться, не касаясь стенок контейнера. В инерциальном удержании расчет на то, чтобы со всех сторон сжать и разогреть топливо, например с помощью сверхмощного лазера, — и сделать это настолько сильно и быстро, чтобы топливо зажглось, не успев разлететься.
Разработка обоих подходов встретила и продолжает встречать великое множество сложностей. Оказалось, что термоядерная плазма проявляет разнообразные неустойчивости, которые выбрасывают ее на стенки контейнера в первом случае, и не дают объему с топливом как следует сжаться — во втором. Как говорят, до управляемого термоядерного синтеза всегда остается тридцать лет, независимо от того, в каком году сделан прогноз.
Столкнувшись с трудностями, ученые стали совершенствовать и комбинировать способы удержания термоядерной плазмы. Одна из идей заключается в том, что если как следует «намагнитить» топливо, и затем обстрелять его лазерами, магнитное поле поможет плазме чуть дольше удерживаться в малом объеме, и большая часть топлива успеет прореагировать.
Исследовательская коллаборация под предводительством Массачусетского технологического института (MIT) и Ариджита Бозе изучила в экспериментах, что происходит с сильно намагниченной плазмой при сжатии и разогреве. В классической установке для инерциального синтеза капсулу с топливом диаметром около миллиметра облучают со всех сторон, чтобы создать как можно большую симметрию нагрева и сжатия. Внешняя поверхность капсулы испаряется, и реактивная сила толкает остальную часть ее стенки внутрь, сжимая топливо до плотности, в десятки раз большей, чем у свинца, и разогревая его до сотен миллионов градусов. Сферическая геометрия создает максимально возможную степень сжатия.
В магнитном поле имеется выделенное направление — силовые линии — и сферическая симметрия сжатия там невозможна. Вместо этого ученые предположили, что удержание плазмы магнитным полем компенсирует отход от идеальной симметрии.
В новых экспериментах ученые помещали капсулу с дейтерием и тритием в импульсную катушку, создающую поле до 50 тесла (поле на поверхности неодимового магнита составляет 1 тесла, а магнитное поле Земли — около 0,05 тысячных тесла). Такое сильное поле было нужно, чтобы «поймать» ионы, которые гораздо тяжелее электронов и меньше реагируют на магнитное поле. В токамаке поле составляет несколько тесла, и неудивительно, что в инерциальном эксперименте потребовалось еще более сильное поле. Лазеры облучали капсулу сверху и снизу.
Оказалось, что магнитное поле до 8 тесла не влияет на имплозию капсулы, а в поле напряженностью 50 тесла облако плазмы сжалось вдоль силовых линий поля примерно вдвое сильнее, чем в отсутствие поля. Авторы исследования утверждают, что в их эксперименте именно таким образом сказывается уменьшение теплопроводности плазмы в магнитном поле, которое происходит за счет все того же препятствования движению ионов поперек силовых линий.
И немного о перспективах.
С момента появления идеи термоядерных источников энергии прошло уже почти 70 лет, и сейчас инженеры и ученые надеются, что первые киловатт-часы отправятся с термоядерных электростанций в сеть около 2048 — 2051 года. Вспомним, однако, телескоп Джеймса Уэбба: его запуск тоже многократно отодвигался, но было подмечено, что планируемая дата его запуска зависит от даты, которую был сделан прогноз, примерно линейным образом, и две линии пересекаются в 2026 году. Сейчас на дворе 2022-й, а телескоп уже в космосе и готовится начать наблюдения. Надеемся, что с управляемым термоядерным синтезом будет похоже.
Telegram 
Дзен 
VK В Университете МИСИС усовершенствовали технологию нанесения защитных электропроводящих покрытий на медные изделия, широко используемые в качестве элементов скользящих электроконтактов, например, в токосъемниках. Метод увеличивает прочность соединения покрытий с подложкой на 17%.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
В корпорациях, спорте и учебе люди часто сталкиваются с задачами, с которыми не справиться в одиночку. В таких случаях важную роль играет правильный подбор команды. Доцент факультета экономических наук НИУ ВШЭ Татьяна Майская вместе с коллегами из зарубежных университетов исследовала свойства команд и показала, что однородные команды лучше подходят для задач, где важен высокий средний результат, а разнообразные по составу — там, где критично избежать провала.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии