Квазісімметрічний стелларатор взяв реванш у токамаков
Стелларатор нового типу в процесі складання (фото University of Wisconsin-Madison).
Перша демонстрація роботи принципу квазісімметріі в магнітної утримує системі ... Незрозуміло? За зубодробильними викладками, що описують поля складної форми і поведінку примхливої плазми, варто пристрій на обличчя жахливе - добре всередині. Доброго, оскільки обіцяє (стукаємо по дереву) керований синтез без проблем.
Перекручений кілька разів «пончик», з такими ж закрученими і вигнутими магнітними котушками, з інструментами і датчиками, що стирчать під самими дивними кутами ... Що й казати, непоказне спорудження. Але, можливо, перед нами - майбутнє енергетики.
Незвичайний пристрій, що сполучає в собі переваги стелараторів і токамаков, але без їхніх недоліків, побудували Девід Андерсон (David Anderson) і його колеги з університету Вісконсіна-Медісона (University of Wisconsin-Madison). На випробуваннях апарат, потенційно здатний стати термоядерним реактором, показав цікаві поєднання параметрів, про що його творці і повідали в статті в журналі Physical Review Letters.
Схема HSX (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Новий апарат називається «гелікоїдний симетричний експеримент» (Helically Symmetric eXperiment - HSX). Його проектування Андерсон співтовариші почали 17 років тому. Тепер ця машина запрацювала, і її творці вважають, що HSX - найдосконаліший і перспективний стелларатор в світі.
Хитромудра форма вакуумної камери HSX (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Тут необхідно зробити відступ. Для керованого синтезу гелію з водню необхідно утримувати дуже гарячу плазму в магнітних полях. Тут існує два основних підходи: вчені створюють пастки - токамаки і стелараторі.
Перші мають камерою у вигляді тора з простим овальним перетином і рівною круглою формою в плані. Токамаки оснащуються порівняно простими (за формою) плоскими магнітами і відрізняються більш-менш низькою втратою енергії плазмового джгута, що, потенційно, зумовлює і низьку витрату енергії на підтримку плазми.
Стелараторі, в першому наближенні, це теж «бублики». Але форма їх дуже складна: і перетин їх має непросту форму, і сам «бублик» кілька разів перекручений і зігнутий. Магніти, що створюють утримує поле, тут дуже складні з геометрії. Причому фізикам відомо кілька варіантів форми стелараторі, до яких Андерсон додав ще один. Логічне запитання - навіщо?
Не менш «божевільними» за формою виглядають і головні котушки. Зокрема, на цьому малюнку ми бачимо пару (відзначені цифрами) таких магнітів, закріплених в підтримуючої системі (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Справа в тому, що у токамаков є проблема зі стабільністю плазми, яка все норовить дрейфувати до стінок камери. У стелараторів проблем з цим немає.
Але, немов замість, у стеллаторов є інший недолік - тут великі втрати енергії плазми. Через це таким машинам важко досягти необхідних температур і часу утримання, достатніх для запуску термоядерної реакції.
HSX - перший в світі стелларатор з так званим квазісімметрічним магнітним полем. Форму його (і поля, і стелараторі, звичайно ж) вчені підбирали багато років. Але тепер машина працює і показує дуже обнадійливі результати.
Зараз творці пристрою мають намір ще попрацювати над проектом і підняти параметри плазми до нових висот.
Готовий HSX. Середня відстань від центру пристрою до центру плазмового шнура дорівнює 1,2 метра (фото University of Wisconsin-Madison).
Андерсон вважає, що ідеї, випробувані в HSX, цілком можуть лягти в основу промислових енергетичних термоядерних реакторів. І нехай прихильники токамаков кусають лікті.
Токамаки, втім, без бою не здадуться. Ми вже розповідали, як китайський токамак показав перевищення енергетичного виходу над витратами, а американці знайшли оригінальний спосіб стабілізації плазми в таких пристроях. Та й найбільший проект такого роду - International Thermonuclear Experimental Reactor - все ж токамак. Чи виправданий був такий вибір чи ні - покаже час.
Втім, завжди можна звернутися до інших варіантів керованого синтезу. Можна згадати, наприклад, проект енергетичного реактора синтезу за допомогою важких іонів або відтворений неодноразово. але все одно скандальний і спірне соносінтез.
Що-небудь одного разу заробить на всю котушку.