Физики выяснили, как можно удержать термоядерный реактор от взрыва

Сбежавшие электроны нужно тормозить

Британские физики выяснили, как ведут себя пучки электронов внутри “бублика” термоядерного реактора, и поняли, как можно избежать их “побега” из камеры и последующего взрыва реактора, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

“Если нам удастся затормозить эти сбежавшие электроны, тогда мы сделаем большой шаг в сторону создания полноценных термоядерных реакторов. Учитывая, что других вариантов у нас фактически нет, термоядерный синтез выглядит особенно привлекательным, так как мы можем использовать простую морскую воду для производства огромного количества энергии”, — рассказывает Линнея Хесслоу (Linnea Hesslow) из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция).

В настоящее время ученые всерьез рассматривают два типа термоядерных реакторов – токамак и стелларатор. По принципу работы они близки: высокотемпературная плазма в них удерживается не стенками камеры, а магнитным полем. В токамаке этот эффект достигается за счет пропускания тока через плазму, что заставляет ее сжиматься в своеобразный бублик в присутствии мощного магнитного поля. Стелларатор, в свою очередь, работает по несколько другим принципам, и поведение плазмы в нем зависит исключительно от работы магнитных катушек, благодаря чему он имеет вид “мятого бублика”.

Идея токамака сегодня считается более перспективной, и она является основой проекта международного реактора ИТЭР, который уже несколько десятилетий строится во Франции при участии ученых из России, ЕС, США, Китая и других стран.

Главная проблема токамаков, как рассказывает Хесслоу, заключается в том, что эти реакторы могут взорваться фактически в любой момент. По словам ученых, внутри токамаков могут периодически возникать мощные локальные электрические поля, которые будут разгонять пучки электронов до столь высоких скоростей, что те смогут “пробить” магнитные поля, удерживающие плазму реактора от побега, и разрушить магниты и стенки реактора.

Подобные опасения достаточно давно удерживают физиков от проведения длительных и масштабных экспериментов с токамаками, что замедляет процесс раскрытия тайн термоядерного синтеза.

Хесслоу и ее коллеги предлагают решить эту проблему, замедлив электроны достаточно простым способом, используя тяжелые ионы и атомы благородных газов в качестве своеобразных “волнорезов”.

Изучая то, как электроны взаимодействуют с разными ионами, ученые обратили внимание на то, что их столкновения с ядрами тяжелых элементов заметно сильнее меняют их поведение, чем то предсказывает теория. Это натолкнуло их на мысль, что атомы благородных элементов, считавшиеся раньше нежелательным “мусором” в топливе для токамаков, можно использовать в качестве естественных замедлителей электронов.

Для проверки этой идеи физики создали компьютерную модель термоядерного реактора, которая учитывала то, как столкновения с тяжелыми ионами замедляют потоки “сбегающих” электронов. Их расчеты показали, что добавление небольшого числа атомов неона или аргона во внешнюю часть кольца токамака, где они будут ионизированы лишь частично,  или его окружение особыми “подушками” с  атомами этих газов, может защитить реактор от уничтожения.

“Многие люди верят в то, что ИТЭР скоро запустится, однако на самом деле нам проще будет полететь на Марс, чем построить стабильный термоядерный реактор. Нужно понимать, что мы пытаемся “приручить” энергию звезд здесь, на поверхности Земли, и решение этой задачи потребует много времени. Поэтому я надеюсь, что эти исследования получат все необходимые ресурсы, и мы сможем найти окончательное решение для энергетического вопроса в будущем”, — заключает Хесслоу.