1767569496
2026-01-04 22:24:00
Ученые, работающие с полностью сверхпроводящим китайским экспериментальным усовершенствованным сверхпроводящим токамаком (EAST), успешно достигли давно предполагаемого «режима без плотности» в экспериментах с термоядерной плазмой. В этом состоянии плазма остается стабильной даже тогда, когда ее плотность выходит далеко за традиционные пределы. Результаты, опубликованные в Достижения науки 1 января прольет новый свет на то, как можно, наконец, преодолеть один из самых упорных физических барьеров термоядерной энергетики на пути к возгоранию.
Исследование проводилось под руководством профессора Пин Чжу из Университета науки и технологий Хуачжун и доцента Нин Янь из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук. Разработав новый подход к работе с высокой плотностью для EAST, команда показала, что плотность плазмы может значительно превысить давние эмпирические пределы, не вызывая при этом разрушительной нестабильности, которая обычно заканчивает эксперименты. Это открытие бросает вызов существовавшим десятилетиями предположениям о том, как плазма токамака ведет себя при высокой плотности.
Почему ограничения плотности сдерживают термоядерный синтез
Ядерный синтез широко рассматривается как потенциальный источник чистой и устойчивой энергии. При синтезе дейтерия и трития топливо необходимо нагреть примерно до 13 кэВ (150 миллионов кельвинов), чтобы достичь оптимальных условий. При таких температурах количество вырабатываемой термоядерной энергии увеличивается пропорционально квадрату плотности плазмы. Несмотря на это преимущество, эксперименты в токамаке долгое время были ограничены верхним пределом плотности. Когда этот предел превышен, плазма часто становится нестабильной, нарушая удержание и ставя под угрозу работу устройства. Эти нестабильности были основным препятствием на пути улучшения характеристик термоядерного синтеза.
Новая теоретическая концепция, известная как самоорганизация плазменной стенки (PWSO), предлагает другое объяснение того, почему возникают ограничения плотности. Концепция была впервые предложена DF Escande et al. из Французского национального центра научных исследований и Университета Экс-Марсель. Согласно теории PWSO, режим без плотности может возникнуть, когда взаимодействие между плазмой и металлическими стенками реактора достигает тщательно сбалансированного состояния. В этом режиме физическое распыление играет доминирующую роль в формировании поведения плазмы.
Эксперименты EAST предоставили первое экспериментальное подтверждение этой теоретической идеи. Исследователи тщательно контролировали начальное давление топливного газа и применяли нагрев электронным циклотронным резонансом на этапе запуска каждого разряда. Эта стратегия позволила с самого начала оптимизировать взаимодействие плазмы со стенкой. В результате накопление примесей и потери энергии были значительно снижены, что позволило стабильно увеличивать плотность плазмы к концу запуска. В этих условиях EAST успешно вошел в предсказанный PWSO режим отсутствия плотности, в котором стабильная работа поддерживалась даже при плотностях, значительно превышающих эмпирические пределы.
Последствия для термоядерного зажигания
Эти экспериментальные результаты предлагают новое физическое понимание того, как давний барьер плотности в работе токамака может быть преодолен в поисках термоядерного воспламенения.
«Результаты предлагают практический и масштабируемый путь расширения пределов плотности в токамаках и устройствах горящего плазменного синтеза следующего поколения», — сказал профессор Чжу.
Партнер Про. Ян добавил, что в ближайшем будущем команда планирует применить тот же подход во время работы на EAST с высокой степенью ограничения с целью достижения режима без плотности в условиях высокопроизводительной плазмы.
#Искусственное #солнце #Китая #только #что #преодолело #предел #термоядерного #синтеза #который #ученые #считали #непреодолимым
По теме
