Случайное открытие физиков позволяет стабилизировать реакции термоядерного синтеза

Управляемый термоядерный синтез — процесс образования более тяжелых ядер из более легких с целью получения энергии. Термоядерный синтез может быть почти неисчерпаемым источником энергии, поэтому ученые по всему миру уделяют огромное внимание теоретическим основам этого процесса.

Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США обнаружили, что в токамаках — термоядерных реакторах тороидальной формы — могут возникать неожиданные электрические токи. Это явление, статья о котором опубликована в журнале Physics of Plasmas, дает больше возможностей для стабилизации реакций термоядерного синтеза и управления ими.

Необычные токи возникают в плазме, когда формируются электромагнитные волны определенного типа — так называемые планарные электростатические волны. «Эти волны толкают вперед некоторые из уже движущихся электронов, и те катятся на волне, как серфингисты на доске», — приводит аналогию Иэн Охс, один из авторов работы.

Однако так работает далеко не каждая электростатическая волна: все зависит от их частот. Если частота слишком высока, то часть электронов движутся во взаимно противоположных направлениях, компенсируя влияние друг друга и препятствуя появлению тока.

Явление наблюдается лишь при определенных волнах относительно низкой частоты. В физике такие волны называют ионно-звуковыми, или просто ионным звуком. Фазовая скорость этих волн значительно выше, чем тепловая скорость ионов, но гораздо ниже, чем тепловая скорость электронов.

Это открытие значительно расширяет понимание реакций термоядерного синтеза и показывает путь к повышению их стабильности и управляемости. «Очень важно понимать, какие процессы вызывают электрические токи в плазме и какие явления могут им мешать, — говорит Иэн Охс. — Они являются основным инструментом, который мы используем для управления плазмой».

Также результаты работы чрезвычайно важны для астрофизики. «По всей Вселенной существуют магнитные поля разных масштабов, вплоть до галактического, и мы не знаем, как они там возникли, — резюмирует Охс. — Поэтому любые новые механизмы, которые позволяют генерировать магнитные поля, представляют интерес для сообщества астрофизиков».

Ранее физики из Делфтского технологического университета впервые смогли оперировать двумя битами в одном атоме, используя электронный сканирующий микроскоп, а их коллеги из Университета Аалто разработали фотодетектор с квантовой эффективностью свыше 100%.