Ученые давно работают над практическим использованием термоядерного синтеза, который может решить все энергетические проблемы человечества. Однако существует ряд технологических барьеров, которые пока не удается преодолеть. Один из них, так называемый «предел плотности», который мешает термоядерным реакторам работать с высокой эффективностью.
Термоядерная реакция происходит, когда плазма становится достаточно горячей и плотной для того, чтобы атомные ядра могли объединиться и высвободить энергию. Но в экспериментальных реакторах реакция все время упирается в таинственный предел плотности, который не дает реактору работать на максимальной мощности.
Углубленный анализ, проведенный американскими учеными, показал, что проблема может крыться в крошечных пузырьках, которые образуются в плазме. Оказывается, различные примеси в плазме собираются в этих пузырьках, которые при достижении предела плотности сливаются в более крупные структуры, охлаждают плазму и нарушают ее стабильность.
Помимо охлаждения плазмы, пузыри действуют как щиты, блокирующие подвод дополнительной мощности. Когда пузыри растут, нарушается течение электрического тока, позволяющего нагревать и удерживать плазму.
Ученые собираются проверить свою гипотезу на токамаках Alcator C-Mod в Массачусетском технологическом институте и DIII-D в лаборатории General Atomics. Исследователи намерены попытаться решить проблему предела плотности. В частности, планируется подавать мощность непосредственно на пузыри, что должно повысить плотность плазмы. В будущем это должно помочь достичь температуры плазмы в 100 млн градусов, что требуется для зажигания реакции термоядерного синтеза.
