Немецкий Wendelstein 7-X — крупнейший в мире термоядерный реактор стеллараторного типа — достиг мирового рекорда по ключевому параметру термоядерной физики: тройному произведению. Это значение теперь превышает предыдущие рекорды токамаков по длительности существования плазмы.
В последней экспериментальной кампании, которая завершилась 22 мая, исследователи из Европы и США достигли нового пикового значения этого ключевого параметра термоядерного синтеза, рассчитанного путем умножения плотности топлива, температуры топлива и времени удержания, в течение 43 секунд. Хотя это превышает предыдущие рекорды токамаков по длительности плазмы, токамаки остаются рекордсменами по короткому времени плазмы.
Институт физики плазмы им. Макса Планка (IPP) заявил, что новый мировой рекорд тройного продукта для длительных импульсов стал возможным благодаря тесному сотрудничеству между европейской командой Wendelstein 7-X в Грайфсвальде и партнерами из США. Ключевую роль сыграл новый инжектор гранул, который впрыскивает замороженные водородные гранулы в плазму, обеспечивая длительную продолжительность плазмы за счет непрерывной дозаправки. Национальная лаборатория Ок-Ридж Министерства энергетики США разработала этот уникальный инжектор и успешно ввела его в эксплуатацию на Wendelstein 7-X.
В ходе рекордного эксперимента в течение 43 секунд инжектировалось около 90 замороженных водородных гранул размером около миллиметра каждая, в то время как мощные микроволны одновременно нагревали плазму. Точная координация между нагревом и инжекцией гранул имела решающее значение для достижения оптимального баланса между мощностью нагрева и подачей топлива. Ключевым моментом была работа инжектора гранул с переменной заранее запрограммированной частотой импульсов — схема, выполненная впервые и с впечатляющей точностью. Этот метод напрямую актуален для будущих термоядерных реакторов и потенциально может продлить продолжительность плазмы до нескольких минут.
В рекордном эксперименте температура плазмы была повышена до более чем 20 миллионов градусов Цельсия, достигнув пика в 30 миллионов градусов. Измерения для расчета тройного продукта были предоставлены, среди прочего, Принстонской лабораторией физики плазмы, которая использует рентгеновский спектрометр для диагностики ионной температуры в Wendelstein 7-X. Необходимые данные о плотности электронов были получены с помощью уникального во всем мире интерферометра IPP. Время удержания энергии, необходимое для расчета тройного продукта, также было определено с помощью диагностических инструментов, разработанных в IPP.
«Новый рекорд — это колоссальное достижение международной команды», — сказал Томас Клингер, руководитель операций в Wendelstein 7-X и руководитель группы динамики и транспорта стелларатора в IPP в Грайфсвальде, - «Он впечатляюще демонстрирует потенциал Wendelstein 7-X. Повышение тройного продукта до уровня токамака во время длинных плазменных импульсов знаменует собой еще одну важную веху на пути к стелларатору, способному работать в качестве электростанции».
В ходе последней экспериментальной кампании оборот энергии был увеличен до 1,8 гигаджоулей (длительностью 6 минут). Предыдущий рекорд от февраля 2023 года составлял 1,3 гигаджоуля. Оборот энергии рассчитывается как произведение инжектированной тепловой мощности и продолжительности плазмы.
Wendelstein — это термоядерный реактор-стелларатор, отличающийся от термоядерного реактора-токамака, такого как Joint European Torus в Великобритании или строящегося во Франции устройства Iter. Токамак основан на однородной форме тороида, тогда как стелларатор скручивает эту форму в восьмерку. Это позволяет обойти проблемы, с которыми сталкиваются токамаки, когда магнитные катушки, ограничивающие плазму, неизбежно менее плотные снаружи тороидального кольца.
Wendelstein 7-X не будет использоваться для производства энергии, но должен продемонстрировать, подходят ли стеллараторы в качестве электростанции. Он должен показать, что стеллараторы способны работать непрерывно. В отличие от них, токамаки могут работать только импульсами без вспомогательного оборудования.
