Американская компания Zap Energy сообщила о крупном прорыве в исследованиях управляемого термоядерного синтеза. На её экспериментальной установке FuZE-3 были достигнуты рекордные параметры плазмы с давлением около 1,6 гигапаскаля. Это давление сопоставимо с условиями в глубинах земной коры и является самым высоким из когда-либо зарегистрированных для типа реактора, известного как Z-пинч со сдвиговой стабилизацией. Достижение представляет собой важный шаг к заветной цели всей отрасли — получению научного энергетического增益, когда выделяемая в реакции энергия превышает затраченную.
Для успешного термоядерного синтеза плазма должна быть невероятно горячей и плотной одновременно, а давление — ключевой параметр, объединяющий оба этих фактора. Чем выше давление, тем больше ядерных реакций синтеза может произойти. Подход Zap Energy, в отличие от некоторых других методов, направлен на поиск оптимального баланса между мощным сжатием плазмы и достаточно долгим временем её удержания в стабильном состоянии. Метод компании основан на квазистационарном магнитном удержании, при котором плазма удерживается магнитными полями в течение длительного, но конечного времени, что позволяет поддерживать условия для реакций синтеза. Это принципиально отличается от инерционного синтеза, где плазма удерживается кратковременно за счёт инерции сжатой мишени.
Конкретно, пиковое измеренное давление электронов в одном "выстреле" составило 830 мегапаскалей. Учитывая, что плазма состоит также из более тяжёлых ионов, которые, как ожидается, имеют схожую температуру, общее давление оценивается в 1,6 гигапаскаля. Для понимания масштаба: один гигапаскаль примерно в десять тысяч раз превышает атмосферное давление на уровне моря и примерно в десять раз больше давления на дне Марианской впадины. Эти экстремальные условия поддерживались в течение микросекунды.
Ключевым нововведением в установке FuZE-3 стало использование трёх электродов вместо двух. Это впервые позволило учёным независимо контролировать процессы ускорения и последующего сжатия плазменного шнура. Успех стал результатом тесного сотрудничества теоретиков, инженеров и экспериментаторов, как отметил вице-президент по НИОКР Бен Левитт. Он также подчеркнул, что рекордные результаты были достигнуты на относительно компактной и недорогой установке.
FuZE-3 является третьей версией платформы и пятым устройством такого типа, построенным компанией. Оно было специально спроектировано для достижения более высоких значений так называемого тройного произведения — ключевого параметра термояда, объединяющего плотность, температуру и время удержания. Этот интегральный показатель критически важен, так как определяет, достигнет ли плазма условий для самоподдерживающейся термоядерной реакции. Для зажигания необходимо, чтобы произведение этих трёх величин превысило определённый порог, обеспечив достаточное количество реакций для выделения энергии. Новая система с двумя конденсаторными батареями и тремя электродами наследует опыт предыдущих машин, которые уже демонстрировали температуры выше 1 кэВ (около 21 миллиона градусов по Фаренгейту).
Как объяснил руководитель экспериментальной физики Колин Адамс, возможность независимого контроля — это настоящий прорыв. Ранние двухэлектродные системы хорошо справлялись с нагревом плазмы, но не могли обеспечить необходимое для моделей сжатие. "Теперь у нас появилась новая "ручка" для настройки физики процесса и увеличения плотности плазмы", — заявил учёный. Это открывает путь к дальнейшему повышению производительности.
Здесь критически важно управлять стабилизирующим потоком, который удерживает плазму от разрушения. Полученные данные, несмотря на рекордные показатели, являются предварительными — активная экспериментальная кампания продолжается. Компания уже готовит к запуску следующее поколение устройств и параллельно работает над демонстрационной платформой Century, уверенно двигаясь к своей цели — созданию коммерческого термоядерного реактора.
Источник: A compact fusion machine just hit gigapascal pressures