На корейском токамаке опробовали новый способ создания плазмы рекордной температуры
Южнокорейские специалисты в области физики плазмы отчитались об очередном эксперименте, который провели на установке KSTAR перед ее модернизацией. Номинально — получилось повторение прежних рекордов, и для тех, кто следит за успехами в данной области достигнутые параметры не покажутся фантастическими. Но чуть более внимательное изучение отчета показывает, что это довольно интересный следующий шаг к полномасштабному коммерческому термоядерному реактору.
Согласно публикации в рецензируемом журнале Nature, физики из Южной Кореи смогли удерживать плазму с температурой свыше ста миллионов кельвинов более 20 секунд. Значения впечатляющие, но не рекордные. Ранее на этой же установке их уже достигали. И тогда в 2020 году это был непревзойденный результат. Но с тех пор «рукотворное солнце» в Поднебесной (китайский экспериментальный сверхпроводящий токамак, EAST) показало и более высокие температуры и удерживало их дольше.
Свежий отчет все равно заслуживает внимания. Во-первых, даже повторение уже достигнутых параметров плазмы — значимый результат. Такое получается далеко не всегда даже при строгом копировании условий предыдущего эксперимента. Во-вторых, уверенное превышение планки в 100 миллионов кельвинов — важная веха в развитии термоядерной энергетики. Такая температура плазмы считается минимально необходимой для запуска самоподдерживающейся реакции синтеза в токамаках (для других типов реакторов порог отличается). Наконец, в-третьих, условия нового эксперимента сильно отличаются от прежних и это важно.
С точки зрения удобства поддержания термоядерной реакции токамаки — не самый лучший выбор. Есть варианты установок, позволяющие управлять плазмой лучше. Однако тороидальные реакторы проще устроены и лучше изучены, так что их перспективы среди всех типов установок для управляемого термоядерного синтеза (УТС) наиболее радужные. Кроме того, по материалоемкости и объему камеры они почти оптимальны. Тем не менее, в камеру токамака можно поместить конечное количество атомов топлива. Поэтому эффективность реакции после вовлечения в нее всего объема дейтерия и трития получится поднять только наращивая температуру и как можно дольше сохраняя плазму чистой.
Загрязняет ее вещество, которое испаряется или выбивается отдельными ионами из стенок вакуумной камеры реактора. Эти примеси даже в крайне незначительных количествах ухудшает качество плазмы — понижает температуру и приводит к повышенной нестабильности ее характеристик. Существует несколько методов противостояния загрязнениям плазмы. Самый распространенный в установках с магнитным удержанием — «барьер пограничного транспорта» (ETB). Фактически, он обусловлен конструкцией токамаков и выражается в том, что во внешней области жгута плазмы перемещение ионов и электронов замедляется. Получается, что до стенок вакуумной камеры кроме нейтронов почти ничего не добирается.
Альтернативный метод не столько замещает ETB, сколько дополняет его — это «барьер внутреннего транспорта» (ITB). Для его реализации требуется более тонкое управление параметрами плазмы, чтобы в центральной части области реакции ее плотность была максимальна. Тогда стенок вакуумной камеры достигает еще меньшее количество вещества. Корейский токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) использует именно ITB, причем в модифицированной его реализации. Более того, для последних экспериментов, в ходе которых удалось повторить рекорд, применялся метод FIRE — улучшение ускорения (нагрева) плазмы более точным контролем за быстрыми ионами.
Быстрыми называют те лишенные электронов ядра дейтерия и трития, которые несут большую часть энергии реакции. Хотя от общего объема вещества в реакторе их не более 5%, вклад таких ионов в энерговыделение можно смело называть решающим. Суть метода FIRE в том, что благодаря особо точному контролю за параметрами реакции, быстрые ионы собираются в самом центре жгута плазмы. Таким образом реализуется более полное применение ITB, а также повышается средняя температура вещества в токамаке.
Сейчас KSTAR проходит существенную модернизацию, чтобы ученые могли продолжить эксперименты. Проблема в том, что последний опыт пришлось остановить до того, как реактор показал максимальный результат — установка не позволяет держать горячую плазму дольше полуминуты. Причем часть этого времени тратится для выхода на рабочий режим, поэтому 100 миллионов градусов и продлились всего чуть дольше двух десятков секунд. Как только реактор снова заработает, на нем проведут повторный эксперимент для проверки метода FIRE. Уж слишком легко удалось повторить свой рекорд южнокорейским специалистам и теперь они интересуются — действительно ли они разработали новый способ повышения эффективности реакции, либо это везение.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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.
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