Вчені розв’язали 70-річну загадку ядерного синтезу

🔬 Вчені зробили прорив у ядерному синтезі: новий метод дозволяє значно швидше проєктувати надійні магнітні системи

Вчені розробили потужну нову техніку для подолання головної перешкоди на шляху до енергії ядерного синтезу: здатність точно утримувати високоенергетичні частинки всередині синтез-реакторів. Замість повільних і менш надійних традиційних методів дослідники використали теорію симетрії, що дозволило створити швидший у 10 разів спосіб проєктування герметичних магнітних систем без втрати точності.

💡 Прорив у напрямку до чистої енергії

Мрія про рясну, доступну та чисту енергію термоядерного синтезу отримала новий поштовх. Команда науковців з Техаського університету в Остіні, Національної лабораторії Лос-Аламоса та компанії Type One Energy Group зробила ключове відкриття, що може значно прискорити шлях до практичного використання синтезу.

Однією з головних проблем було утримання високоенергетичних частинок — так званих альфа-частинок — усередині реактора. Ці частинки схильні «витікати» з плазми, не дозволяючи їй залишатися досить гарячою й щільною для підтримки реакції синтезу. Інженери застосовують потужні магнітні поля, щоб утримати плазму, але пошук і усунення «дір» у цих полях потребує величезних обчислювальних ресурсів і часу.

⚡ Рішення в 10 разів швидше для стелараторів

У журналі Physical Review Letters дослідники повідомили, що відкрили короткий шлях до цієї мети. Їхній новий метод дозволяє інженерам проєктувати системи магнітного утримання — особливо для реакторів типу стеларатор — у 10 разів швидше, ніж традиційно, з тією ж точністю. Це справжній стрибок уперед.

“Найбільш захоплююче те, що ми вирішуємо проблему, яка залишалася відкритою майже 70 років,” — сказав Джош Бербі, доцент фізики UT та перший автор дослідження. “Це зсув парадигми у проєктуванні реакторів.”

🌀 Як виглядає «магнітна пляшка»

Стеларатор використовує зовнішні котушки зі струмом для створення магнітних полів, які утримують плазму та енергійні частинки. Цю систему часто називають «магнітною пляшкою». Існує спосіб точно виявити «дірки» у магнітному полі за допомогою законів Ньютона, але це потребує колосальних обчислень. Ще гірше те, що при проєктуванні реактора треба моделювати сотні або тисячі варіацій конфігурацій котушок — і кожна з них вимагає нових обчислень.

🔁 Теорія симетрії змінює правила гри

Зазвичай інженери використовують спрощений, але менш точний підхід — теорію збурень, — що гальмує розвиток стелараторів. Новий метод використовує теорію симетрії, що дозволяє точніше й швидше визначати «слабкі місця» у магнітному полі.

“Зараз не існує практичного способу вирішити проблему утримання альфа-частинок без нашого підходу,” — пояснює Бербі. “Закони Ньютона — надто затратні, а збурення — надто неточні. Наш метод — перший, що обходить ці обмеження.”

🚀 Не лише для стелараторів — допомога і токамакам

Новий підхід також може застосовуватись до іншого типу термоядерних реакторів — токамаків. У них виникає проблема з «втечею електронів» — високоенергетичними електронами, які можуть пробити стінки реактора. Цей метод допомагає виявити ділянки магнітного поля, через які такі електрони можуть виходити.