Управляемый термоядерный синтез – реакция слияния ядер атомов легких элементов, которая потенциально является экологически чистым и практически не ограниченным источником энергии.
В результате многолетнего эксперимента с установкой, центральной частью которой является левитирующий в пространстве сверхпроводящий магнит, создающий очень сильное магнитное поле, напоминающее по форме магнитное поле Земли, ученые показали, что такие магнитные поля могут использоваться для управления потоками плазмы в ядерных реакторах, предназначенных для контролируемого процесса слияния ядер легких элементов.
В природе реакции термоядерного синтеза протекают в недрах звезд, в том числе и Солнца, где под воздействием огромных температур и давлений происходит слияние атомов водорода с образованием гелия и выделением колоссального количества энергии.
Люди научились воспроизводить эту реакцию в неуправляемом режиме при создании водородных бомб. Расчеты физиков еще в прошлом столетии показали, что человечество может добиться и управляемого термоядерного синтеза, при котором реакция слияния ядер будет протекать плавно, а ее энергия может быть использована в мирных целях.
Тем не менее, техническая реализация этого проекта оказалось намного более сложной, чем казалось изначально. Одним из подходов, который разрабатывается в рамках проекта международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER), является запуск процесса слияния ядер в тонком кольце плазмы: атомов изотопов водорода, разогретых до миллионов градусов Цельсия.
Процесс удерживается и сжимается магнитными полями в камере, напоминающей по форме тор, геометрическую форму привычного всем бублика. Этот подход считается в настоящее время приоритетным, а альтернативой этой технологии является запуск слияния ядер под воздействием мощного лазерного излучения.
Группа ученых из Массачусетского технологического института и Колумбийского университета в США сумела продемонстрировать еще один альтернативный подход к созданию реакторов по слиянию ядер. Конструкция в данном случае основана на космических наблюдениях за тем, как магнитные поля планет взаимодействуют с космическими потоками заряженных частиц.
В своих экспериментах ученые сумели создать в искусственных условиях магнитное поле, напоминающее по силе и геометрической форме поле Земли и показать, что воздействие такого поля на потоки плазмы – разогретые до 10 миллионов градусов атомы гелия – приводит к возникновению в них турбулентности.
Наиболее важным открытием является то, что эта турбулентность, вопреки турбулентности, наблюдаемой в других случаях, приводит к дополнительному сжатию плазмы, что крайне важно для возможности запуска управляемой реакции по слиянию ядер.
Центральным элементом экспериментальной установки, в которой создается "планетарное" магнитное поле, является огромные 500 килограммовый сверхпроводящий магнит, который представляет собой бубликоподобное кольцо из нержавеющей стали, внутрь которого помещена катушка из сверхпроводящего кабеля.
Магнит помещен в специально сконструированную камеру, заполненную гелием. При этом камера дополнительно снабжена двумя электромагнитами, один из которых предназначен для удерживания сверхпроводящего магнита в левитирующем состоянии в центре камеры, а второй – для создания в сверхпроводящей катушке огромного тока более чем в миллион ампер, который и задает в камере огромное по силе магнитное поле. Левитация же необходима, чтобы силовые линии этого магнитного поля не искажались деталями конструкции, удерживающими сверхпроводящий магнит.
"Это первый эксперимент в своем роде и нам удалось показать, что он действительно может стать альтернативой другим подходам по запуску в условиях Земли реакции управляемого термоядерного синтеза", – сказал Джей Кеснер, ведущий исследователь, занятый в проекте.
Главные темы