В Южной Корее установлен рекорд поддержания температуры в токамаке 100 млн °C

В Южной Корее реактор передовых исследований токамак (KSTAR) сумел удерживать 100 миллионов градусов в течение 48 секунд. Тем самым побит предыдущий мировой рекорд в 31 секунду, который был установлен там же в 2021 году. Этот прорыв — небольшой, но впечатляющий шаг на долгом пути к источнику практически неограниченной чистой энергии.

Фото: Flickr by Eye Steel Film is licensed under CC-BY-2.0

Учёные давно пытаются использовать силу термоядерного синтеза. Такой же процесс протекает в звёздах. Соединяя атомы водорода в гелий при чрезвычайно высоких давлениях и температурах, звёзды главной последовательности преобразуют материю в свет и тепло, генерируя огромное количество энергии без образования парниковых газов или долговременных радиоактивных отходов.

Но воспроизвести условия такие же, как в недрах звёзд, — непростая задача. Самая распространённая конструкция термоядерных реакторов — токамак — работает путём перегрева плазмы (одно из четырёх состояний вещества, состоящего из положительных ионов и отрицательно заряженных свободных электронов) и захвата её внутри камеры реактора в форме пончика с мощными магнитными полями.

Достаточно продолжительное удержание турбулентных и перегретых спиралей плазмы на месте — дело очень сложное. Советский учёный Натан Явлинский спроектировал первый токамак в 1958 году, и с тех пор никому так и не удалось создать реактор, способный выдавать больше энергии, чем потребляется.

Одним из главных камней преткновения остаётся обращение с чудовищно горячей плазмой. Для работы термоядерным реакторам требуются очень высокие температуры — намного выше, чем на Солнце — потому что им приходится работать при гораздо более низком давлении, чем при естественном термоядерном синтезе внутри звёзд. Ядро реального Солнца, например, достигает температуры около 27 миллионов F (15 миллионов °C), но там гигантское давление — примерно в 340 миллиардов раз больше, чем на уровне моря на Земле.

Нагрев плазмы до таких температур — относительно простая задача, но найти способ удержать её так, чтобы она не прожигала реактор, не разрушая при этом процесс термоядерного синтеза, технически сложно. Обычно это делается с помощью лазеров или магнитных полей.

Чтобы продлить время горения плазмы по сравнению с предыдущим рекордным запуском, ученые изменили некоторые элементы конструкции своего реактора, в том числе заменили углерод на вольфрам, чтобы повысить эффективность диверторов токамака, которые извлекают тепло и золу из реактора.

"Несмотря на то, что это был первый эксперимент, проведённый с использованием новых вольфрамовых диверторов, тщательное тестирование оборудования и подготовка эксперимента позволили нам за короткий период достичь результатов, превосходящих предыдущие рекорды KSTAR", — доволен Си-Ву Юн, директор KSTAR Research.

Учёные KSTAR рассчитывают к 2026 году заставить реактор поддерживать температуру 100 миллионов °C в течение 300 секунд.

Этот рекорд стал очередным в ряду прочих достижений в этом направлении, таких как выход на безубыточность термоядерной реакции, которой впервые добились в США в 2022 году.