Термоядерный синтез в будущем может основываться на компактных сферических установках, которые предлагают более экономичный способ термоядерного синтеза. Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США, частной компании Tokamak Energy и Университета Кюсю в Японии разработали пилотный проект компактной сферической термоядерной установки, использующей микроволны для нагрева плазмы.
Традиционные сферические токамаки применяют массивный медный соленоид в центре сосуда для нагрева плазмы и инжекции нейтрального пучка. Однако новый метод исключает стандартный омический нагрев.
Масаюки Оно, главный физик PPPL и ведущий автор исследования, отметил, что компактная сферическая плазма токамака похожа на очищенное яблоко с небольшим ядром, поэтому в ней нет места для омической нагревательной спирали. Если её не использовать, можно разработать устройство, которое будет проще и дешевле в производстве.
Гиротроны, генерирующие микроволны, будут размещены снаружи токамака и направлены к его центру. При испускании мощных волн в плазму гиротроны создают ток, перемещая отрицательно заряженные электроны. Этот процесс, известный как электронный циклотронный ток (ECCD), одновременно инициирует ток и нагревает плазму.
Учёные использовали компьютерные коды TORAY и TRANSP для определения оптимального угла луча и режима нагрева. Они выяснили, что режим X обеспечивает наилучший рост температуры и тока плазмы, в то время как режим O оптимален для поддержания температуры и тока после их увеличения.
Исследователи также изучили, как энергия будет рассеиваться из плазмы, и обнаружили, что крайне важно уменьшить количество примесей от элементов с большим атомным номером, которые могут вызвать потерю тепла. Даже небольшое количество элемента с высоким атомным номером может снизить температуру плазмы, когда атомы со стенок токамака распыляются и проникают внутрь.
Применение нового метода может упростить и удешевить создание компактного сферического токамака, что может привести к более доступному варианту термоядерного синтеза в будущем.
По материалам:
ixbt
