И накрая, силата на термоядрената енергия може да бъде отприщена благодарение на нова актуализация на физиката

В света на възобновяемата енергия може би няма по-амбициозна цел от термоядрената енергия. Това включва сливане на водородни атоми за образуване на хелий – процес, който генерира невалидно количество енергия в резултат. Това е реакция, която се случва всеки момент на слънцето, но възпроизвеждането й на Земята е досаден и рядък процес. Въпреки това, ако успеем, ще имаме достъп до чист източник на възобновяема електроенергия, който отговаря на нарастващите ни енергийни нужди.

За тази цел изследователите преследват явление, наречено „запалване“, което е, когато термоядрен реактор генерира повече енергия, отколкото е необходимо за създаване на първоначалната реакция. В ход са няколко големи опита за постигане на тази цел, включително Международния термоядрен експериментален реактор (ITER) във Франция. Това усилие използва мощни магнити в машина, наречена токамак, за да създаде прегрята плазма, създадена с помощта на водородно гориво.

Но тук е уловката: има толкова много водородно гориво, което можете да поставите в токамак, преди всичко да започне да се обърка.

„Едно от ограниченията при правенето на плазма в токамак е количеството водородно гориво, което можете да инжектирате в него“, казва Паоло Ричи, изследовател от Швейцарския плазмен център. Той каза в прессъобщение. „От първите дни на синтеза знаем, че ако се опитате да увеличите плътността на горивото, в един момент ще има това, което наричаме „турбуленция“ – вие по същество губите уловката напълно и плазмата отива там, където то е.“

За да решат този проблем, учените започнаха да търсят различни уравнения за измерване на максималното количество водород, което можете да поберете в токамака преди смущението. Един от законите, който се придържа към него и се е превърнал в опора в света на изследванията на термоядрения синтез, е известен като „Гринвалдска граница“, която гласи, че количеството гориво, което токамакът може да използва, е пряко свързано с радиуса на машината. Изследователите зад ITER дори изградиха своите устройства въз основа на този закон.

Но дори границата на Гринуолд не беше перфектна.

„Гринуолдската граница е това, което наричаме „експериментален“ закон или граница, което по същество означава, че е като общо правило, базирано на наблюдения, направени върху предишни експерименти“, каза Алекс Зилстра, експериментален физик от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор в Калифорния, пред The Daily Beast на имейл. „Те са много полезни, но винаги трябва да внимаваме, когато ги прилагаме извън обстоятелства, при които имаме данни от опити.“

Ето защо Ричи и неговият екип оспориха тази твърда вяра нова хартия Публикувано на 6 май в сп Писма за физически преглед. В него те предположиха, че границата на Гринуолд всъщност може да бъде повишена с почти два пъти повече – почти два пъти повече от количеството водородно гориво, което би влязло в токамак за производство на плазма. Техните открития биха могли да положат основата за бъдещи термоядрен реактори като DEMO – наследник на реактора ITER, който в момента се разработва – за да достигнат най-накрая до запалване.

„Това е важно, защото показва, че интензивността, която можете да постигнете в токамак, се увеличава с мощността, от която се нуждаете, за да го управлявате“, каза Ричи. „Всъщност DEMO ще работи с много по-висока мощност от сегашните токамаци и ITER, което означава, че можете да добавите повече плътност на горивото, без да намалявате мощността, за разлика от закона на Гринуолд. И това е много добра новина.“

Zylstra смята, че откритието на екипа е важно, защото хвърля светлина върху това защо термоядрен реактори също имат ограничения. Той също така посочва, че дизайните на токамак като ITER или DEMO могат да бъдат „по-малко ограничителни, отколкото се смяташе преди“. С удвояването на плътността на горивото, това може драстично да подобри мощността на токамака – и накрая да ни накара да запалим.

„Съединяването е много предизвикателен проблем – както научно, така и технологично казано, и превръщането на силата на синтеза в реалност изисква много напредък стъпка по стъпка“, добави Зилстра. „Ако това проучване бъде допълнително потвърдено, особено на машини като ITER, то със сигурност ще помогне на общността за магнитен синтез да проектира и подобри бъдещи проекти за експериментални съоръжения и производство на електроенергия.“