|
Ученые создали новую технологию более эффективного удержания плазмы в токамаках — установках термоядерного синтеза, который в будущем может стать неисчерпаемым источником энергии для человечества. Результаты опубликованы в журнале Nuclear Fusion.
Термоядерный синтез — это процесс, при котором ядра легких атомов сливаются друг с другом, образуя более тяжелые атомы. Это слияние сопровождается выделением огромного количества энергии. Подобный процесс протекает в звездах. Если бы удалось создать установку по стабильному управляемому термоядерному синтезу на Земле, была бы решена проблема обеспечения человечества чистой энергией.
Эксперименты по термоядерному синтезу проводятся с 1950-х годов на установках типа токамак — тороидальная камера для магнитного удержания плазмы. Для инициации синтеза элементов необходимы температуры, при которых вещество находится в состоянии плазмы — до 50 миллионов градусов и выше. Стенки камеры, из какого бы материала они ни были сделаны, такую температуру не выдержат, поэтому плазма внутри токамака удерживается мощным магнитным полем.
Главной проблемой этих установок является сохранение внутри них чистой плазмы, без примесей, которые могут снизить эффективность реакций. Несмотря на то, что плазма не касается стенок камеры, они все равно разогреваются, и в плазму могут попадать частицы вольфрама — металла, из которого изготовлена камера.
Чтобы предотвратить это, ученые покрывают стенки слоем бора — элемента, который связывает вольфрам. Сегодня это делается с помощью газа диборана. Однако этот газ очень ядовитый и взрывоопасный. Поэтому при осуществлении процедуры "боронизации" стенок токамак останавливают, а всех людей из здания, где он расположен, эвакуируют.
Физики из Германии и США придумали более эффективный и безопасный способ покрытия стенок камеры бором, который к тому же не требует остановки токамака. Вместо газа они предложили впрыскивать в камеру твердые наночастицы бора и нитрида бора.
"Основная цель эксперимента состояла в том, чтобы посмотреть, сможем ли мы нанести слой бора с помощью порошкового инжектора, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования Роберта Лансфорда (Robert Lunsford) из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США. — Похоже, эксперимент прошел успешно. Новая технология более эффективна и менее опасна, так как порошок бора инертен".
Еще одно преимущество заключается в том, что физики могут добавлять порошок бора во время работы установки. Эта особенность очень важна, потому что в качестве источника энергии термоядерная установка должна работать непрерывно в течение длительного времени.
"Это один из способов получить стационарную термоядерную установку, — говорит Лансфорд. — Вы можете добавлять бор, не выключая машину полностью".
У новой технологии есть и другие преимущества. Например, оказалось, что впрыскивание наночастиц бора дает тот же эффект, что и подача газообразного азота — увеличивает стабильность краевой части плазмы в магнитных полях, а также позволяет ученым создавать плазму низкой плотности. Это важно потому, что низкоплотностная плазма более стабильна к магнитным импульсам, что также увеличивает эффективность синтеза.
|