Нямецкі тэрмаядзерны рэактар ​​прайшоў выпрабаванні магнітнага поля

Каманда нямецкіх навукоўцаў сумесна з даследнікам Сэмам Лазэрсонам з Прынстанскай лабараторыі плазменнай фізікі вывучыла тапалогію магнітнага поля, стваранага стэларатарам Wendelstein 7-X (W7-X).

Па словах фізікаў, хібнасць у ствараемым полі, то бок адхіленне ад зададзенай формы, складае менш за 1: 100 000. Даследнікі адзначаюць, што падобны вынік можа стаць важным крокам на шляху пацверджання прыдатнасці стэларатараў у якасці мадэлі будучых тэрмаядзерных рэактараў. Праца апублікаваная ў часопісе Nature Communications.
Wendelstein 7-X (W7-X) уяўляе сабой эксперыментальны тэрмаядзерны рэактар ​​тыпу стэларатар. У адрозненне ад звычайных ядзерных рэактараў, дзе энергія вылучаецца з-за рэакцыі распаду цяжкіх ядраў на больш лёгкія, тэрмаядзерныя рэактары выкарыстоўваюць рэакцыю кіраванага сінтэзу, падчас якой лёгкія ядры «збіраюцца» ў больш цяжкія. На сённяшні дзень існуюць дзве прынцыповыя схемы ажыццяўлення кіраванага тэрмаядзернага сінтэзу: імпульсныя сістэмы, у якіх невялікія мішэні, якія змяшчаюць дэйтэрый і трыцій, награваюцца магутнымі лазернымі прамянямі, і квазістацыянарныя сістэмы, дзе нагрэў і ўтрыманне плазмы ажыццяўляецца магнітным полем. Стэларатар адносіцца да апошняга тыпу сістэм.
Ён быў вынайдзены яшчэ ў 1950-х гадах, аднак вынікі першых эксперыментаў па ўтрыманню і кантролі высокатэмпературнай плазмы, якія апынуліся нездавальняючымі. Справа ў тым, што плазма ў стэларатарах увесь час «расплёсківаецца»: траекторыі часціц ў першых устаноўках моцна адхіляліся ад магнітных паверхняў. З-за гэтага рэактары падобнага тыпу былі выцесненыя больш дасканалымі па тых часах такамакамі. Як высветлілася пазней, прычына няўдач заключалася ў недасканаласці структуры магнітных паверхняў стэларатара (напрыклад, ва ўзнікненні так званых магнітных выспаў). З'яўленне суперкампутараў, якія валодаюць дастатковай вылічальнай магутнасцю для правядзення высокадакладных разлікаў канфігурацый магнітных палёў, дазволіла навукоўцам вярнуцца да ўдасканалення канструкцыі стэларатараў.
У красавіку 2005 года нямецкія навукоўцы з інстытута Макса Планка прыступілі да будаўніцтва W7-X. Ён складаецца з 50 звышправодных ніёбія-тытанавых шпулек вышынёй каля 3,5 метраў, якія могуць ствараць магнітнае поле індукцыяй тры тэсла, утрымлівалі плазму з тэмпературай 60-130 мільёнаў градусаў Цэльсія. Нягледзячы на ​​тое, што Wendelstein 7-X не стане прамысловым тэрмаядзерным рэактарам, паспяховасць эксперыментаў, якія праводзяцца з яго дапамогай, дазволіць пацвердзіць магчымасць выкарыстання стэларатараў для атрымання энергіі пры дапамозе кіраванага тэрмаядзернага сінтэзу.
Аўтары новага артыкула вымералі тапалогію магнітнага поля, стваранага знешнімі шпулькамі стэларатара, для таго, каб пераканацца, што W7-X працуе менавіта так, як ён быў спраектаваны. Для гэтага яны выкарыстоўвалі электронную гармату, якая выкідвала пучкі электронаў уздоўж генераванага магнітнага поля. У той час як электроны рухаліся па траекторыі, задаванай магнітнымі лініямі, навукоўцы зрабілі «зрэз» палёў: яны правялі дубцом з флуарэсцэнтным пакрыццём (ZnO: Zn) скрозь магнітныя лініі, які пачыналі свяціцца ў месцах кантакту з рухомымі пучкамі электронаў. У момант руху дубчыка, даследчыкі рабілі фатаграфію на доўгай вытрымцы, што дазволіла ўбачыць тапалогію магнітнай паверхні.
Эксперымент паказаў добрае адпаведнасць паміж спраектаванай і стваранай магнітнай паверхняй. Па словах даследнікаў, адхіленне, выкліканае з'яўленнем магнітных выспаў (закрытых абласцей магнітнай паверхні), складае менш за 0,00001. «Гэта дзіўная дакладнасць, прычым гэта тычыцца не толькі канструкцыі тэрмаядзернай ўстаноўкі, але і праведзеных вымярэнняў», — каментуе адзін з аўтараў працы. Падобная адпаведнасць арыгінальнага дызайну вельмі важна, бо яна ўплывае на тое, наколькі добра W7-X будзе ўтрымліваць плазму.
У мінулым годзе даследчыкі правялі выпрабаванні рэактара і атрымалі гелиевую плазму. Пры дапамозе мікрахвалёвага імпульсу магутнасцю 1,8 кілават яны нагрэлі міліграм газападобнага гелія да вельмі высокай тэмпературы, пасля чаго ўтрымалі атрыманую плазму ў раўнавазе на працягу 0,1 секунды.
Паводле nplus1.ru