Руски физици от физико-техническия институт на А. Ф. Йофе в Санкт Петербург описаха йонни процеси на топлопредаване в сферичен токамак. Резултатите от изследването, което сближава учените с една стъпка по-близо до решаването на проблема с термоядрения синтез, са публикувани в списанието Plasma Physics and Controlled Fusion.
Ако учените успеят да реализират идеята за контролиран термоядрен синтез, човечеството ще получи почти неизчерпаем източник на енергия. Електроцентралите с термоядрен синтез са признати за безопасни и екологични: в сравнение с ядрените електроцентрали, те не са подложени на експлозивни реакции и, за разлика от изгарянето на въглеводороди, няма емисии на въглероден диоксид и азотни оксиди, които допринасят за глобалното затопляне и замърсяват околната среда. Освен това неутроните, получени от термоядрен синтез, могат да унищожат радиоактивни отпадъци в атомните централи.
Експерименти по термоядрен синтез се извършват по целия свят в специални инсталации - токамаци, вътре в които се нагрява газ от леки елементи - водород, деутерий и тритий до температура 100 милиона градуса, което позволява образуването на плазма - газ от заредени частици: йони и електрони. Загрятите плазмени йони се сблъскват помежду си по същия начин, както се случва във вътрешността на Слънцето. В този случай се образуват хелиеви ядра и се освобождават неутрони, а неутронната енергия, която надвишава разходите за загряване на плазмата, може да се използва в промишлеността и енергетиката.
Основната задача на физиците е да научат как да поддържат плазмата в термоядрените инсталации, използвайки силно магнитно поле за сравнително дълго време. И за това е необходимо не само да знаете какви процеси протичат в тази плазма, но и да имате тяхното математическо описание, за да можете да ги контролирате. В допълнение, познаването на йонните процеси в плазмата е необходимо за проектирането на големи съоръжения като международния експериментален термоядрен реактор ITER.
Физико-техническият институт AF Ioffe разполага с уникална експериментална термоядрена инсталация - сферичен токамак Globus-M, предназначен да изследва поведението на плазмата в лабораторни условия, а не в режим на реактор.
Персоналът на Института изследва и описва процеса на йонен топлообмен в плазмата на токамака Globus-M. Тази работа бе подкрепена с безвъзмездна финансова помощ от Президентската програма за научноизследователски проекти на Руската научна фондация (RSF).
„Потвърдихме, че особеностите на физичните процеси в плазмата на сферичния токамак Globus-M предотвратяват появата на допълнителни топлинни загуби през йонния канал поради плазмени турбуленции. Това означава, че инсталация от този тип е добра основа за създаване на компактен източник на термоядрени неутрони “, заяви в прессъобщението на Руската научна фондация ръководителят на изследването, кандидат на физико-математическите науки Глеб Курскиев.
Колкото по-добро е загряването на плазмата, толкова по-ефективно е синтезирането и това изисква силно магнитно поле и електрически ток, протичащ през плазмата. Напротив, турбулентността на плазмените йони пречи на ефективното нагряване: вместо полезни сблъсъци йони се отклоняват и напускат плазмата, което нарушава нейната топлоизолация. В своята работа учените са оценили степента на пренос на топлина в сферичния токамак Globus-M.
Промоционално видео:
„Експериментално доказаният модел за изчисляване на параметрите на плазменото нагряване ще ни позволи да проектираме компактен източник на високоенергийни неутрони, който може да се използва за делене на тежки ядра. В процеса може да се получи и енергия. Нашите изследвания значително ще ускорят разработването и внедряването на по-ефективни ядрени системи, използващи както процеси на синтез, така и делене , обяснява Глеб Курскиев.
Изследванията на учените допълват основните знания, получени от експерименти на подобни европейски и американски инсталации. Комбинирайки резултатите от експериментите, в бъдеще ще бъде възможно да се проектира по-съвременно устройство за реакции на ядрен синтез, казват учените.