Использование ядерного синтеза позволило бы в значительной степени удовлетворить растущие мировые потребности и, прежде всего, требования к безопасному и устойчивому производству энергии. Однако путь к созданию этого источника энергии усыпан техническими трудностями, над решением которых упорно работают исследователи по всему миру. В Южной Корее работа идет полным ходом: экспериментальный реактор Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) недавно побил новый рекорд по времени реакции, удерживая плазму при температуре 100 миллионов градусов Цельсия в течение 48 секунд.
Токамак KSTAR — это исследовательский термоядерный реактор, расположенный в Южной Корее и запущенный в 1990-х годах. Инфраструктура создана для того, чтобы ученые могли проверить ключевые технологии термоядерного синтеза — естественной реакции в сердце звезд, которая генерирует колоссальное количество энергии. Первая плазма, произведенная реактором, была получена в 2008 году.
Плазма — это состояние материи, состоящее из ионов и электронов, в котором возможен термоядерный синтез. Для этого плазму необходимо нагреть до экстремальных температур (несколько миллионов градусов Цельсия), чтобы атомные ядра смогли преодолеть электростатическое отталкивание, слиться воедино и высвободить долгожданную энергию. Однако при таких температурах плазма турбулентна и нестабильна. Сохранить ее стабильной и ограниченной достаточно долго для того, чтобы произошел термоядерный синтез, остается чрезвычайно сложной задачей и одной из самых больших проблем, стоящих перед реакторами ядерного синтеза.
Новый мировой рекорд
В краткосрочной перспективе (между нынешним и 2026 годом) исследователи надеются добиться успеха в поддержании температуры плазмы на уровне 100 миллионов градусов Цельсия в течение 300 секунд. Неустанно работая, команда смогла преодолеть барьер в 100 миллионов °C в 2018 году.
В 2020 году им удалось поддерживать такую же температуру в течение 20 секунд. В 2021 году KSTAR побил рекорд, поддерживая температуру плазмы более 100 миллионов градусов в течение 30 секунд. В начале 2024 года был сделан новый шаг к достижению конечной цели. На этот раз реакция поддерживалась в течение 48 секунд, установив новый рекорд. Как сообщается в пресс-релизе Корейского института термоядерной энергии, это достижение было сделано во время заключительной рабочей кампании реактора, которая длилась с декабря 2023 по февраль 2024 года.
Помимо этого нового рекорда, ученые также поддерживали режим H (или режим высокого сгущения) в течение 102 секунд. Это означает, что энергия и плазма удерживаются гораздо эффективнее, чем в стандартных режимах работы, что позволяет плазме дольше оставаться горячей.
Вольфрамовый дивертор
Чтобы добиться такого результата, физики внесли ряд изменений в компоненты реактора. В частности, они заменили углеродный дивертор на новую модель из вольфрама. Дивертор — важнейший компонент реактора, обычно расположенный в нижней части защитной камеры токамака. Он используется для контроля и удаления продуктов термоядерной реакции, в частности горячих частиц, известных как зола. Если их не удалять, они рискуют понизить температуру плазмы или помешать непрерывной термоядерной реакции. Таким образом, дивертор помогает поддерживать чистоту плазмы (тем самым сохраняя стабильную и эффективную реакцию синтеза) и одновременно защищает стенки защитной камеры от повреждений, вызванных горящими частицами.
