Китайський термоядерний реактор EAST подолав межу Грінвальда — це на крок ближче до майже безмежної чистої енергії

Китайський термоядерний реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), отримавший прізвисько «штучне сонце», успішно підтримував стабільність плазми при екстремальних щільностях. Повідомляється про подолання важливого рубежу в термоядерному синтезі, званого межою Грінвальда, після якого плазма зазвичай стає нестабільною. Цей прорив потенційно наближає людство до володіння майже безмежною чистою енергією.

Джерело зображення: China News Service

Згідно з заявою Китайської академії наук, експериментальний надпровідний токамак EAST підтримував стабільність плазми — високоенергетичного четвертого стану матерії — при екстремальних щільностях, що раніше вважалося серйозною перешкодою на шляху розвитку термоядерного синтезу. «Отримані результати вказують на практичний і масштабований шлях розширення меж щільності в токамаках і термоядерних установках наступного покоління», — заявив професор Китайського університету науки і технологій Пін Чжу (Ping Zhu).

Ядерний синтез відкриває потенціал для практично безмежного виробництва чистої енергії. Однак технологія ядерного синтезу розробляється вже понад 70 років і досі залишається справою експериментаторів, оскільки існуючі реактори, як правило, споживають більше енергії, ніж можуть виробити.

Китайський реактор EAST — це магнітно-утримуючий реактор, або токамак, призначений для підтримання стабільності плазми протягом тривалих періодів часу. Реактори-токамаки поки не досягли самопідтримувального процесу синтезу, але реактор EAST помітно збільшив тривалість цього процесу.

Однією з проблем для дослідників термоядерного синтезу є межа щільності, званий межею Грінвальда, після якої плазма зазвичай стає нестабільною. Проблема в тому, що, хоча вища щільність плазми дозволяє більшій кількості атомів стикатися один з одним, знижуючи енергетичні витрати на запалювання, нестабільність перериває реакцію термоядерного синтезу.

Щоб подолати межу Грінвальда, китайські вчені ретельно контролювали взаємодію плазми зі стінками реактора, керуючи двома ключовими параметрами під час запуску реактора: початковим тиском паливного газу та нагрівом за рахунок електронно-циклотронного резонансу, або частотою, з якою електрони в плазмі поглинали мікрохвилі. Це дозволило підтримувати стабільність плазми при екстремальних щільностях, у 1,3–1,65 рази перевищуючи межу Грінвальда — значно вище звичайного робочого діапазону токамака від 0,8 до 1.

Це не перший випадок подолання межі Грінвальда. Наприклад, у 2022 році цього досягли дослідники на токамаку DIII-D Національного термоядерного реактора Міністерства енергетики США в Сан-Дієго, а в 2024 році вчені з Університету Вісконсин у Мадисоні оголосили, що їм вдалося на експериментальному пристрої підтримувати стабільну плазму токамака на рівні, приблизно в 10 разів перевищуючи межу Грінвальда.

Однак прорив на установці EAST дозволив дослідникам вперше нагріти плазму до раніше недосяжного стану, званого «режимом без щільності» (density-free regime), при якому плазма залишалася стабільною в міру збільшення щільності. Дослідження базується на теорії самоорганізації плазми та стінок (Plasma-Wall Self Organization, PWSO), яка припускає, що «режим без щільності» можливий при ретельно збалансованій взаємодії між плазмою та стінками реактора.

Досягнутий прогрес слугуватиме основою для розробки нових реакторів. Десятки країн беруть участь у програмі Міжнародного експериментального термоядерного реактора (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) зі створення найбільшого у світі токамака у Франції. Очікується, що ITER дозволить запустити повномасштабні термоядерні реакції у 2039 році.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки