Постепенно отступающий экономический кризис резко обозначил одну из главных современных проблем человечества – энергетическую. Методов решения её в виде технологий энергосбережения и использования возобновляемых источников предлагается множество, а одной из самых перспективных, но весьма отдалённых от практического внедрения заменой нынешним электростанциям считается термоядерный синтез. Эксперимент, воспроизводящий схожие с земными магнитные поля, подтверждает потенциал нового способа создания реактора для выработки энергии при помощи слияния ядер – такой же реакции, которая происходит на Солнце.
Управляемая реакция синтеза является вожделенной мечтой физиков и других исследователей уже более полувека, потому как она предлагает практически неисчерпаемый источник энергии без выбросов соединений углерода и с намного меньшим радиоактивным загрязнением, чем в основанных на делении атомов АЭС. Однако построить реактор оказалось сложнее, чем считалось изначально. Продвинуть исследования помогут новые результаты от экспериментальной установки в Массачусетском технологическом институте (MIT), на разработку которой учёных вдохновили космические спутниковые наблюдения. В совместном проекте MIT и Колумбийского университета (Columbia University), называемом LDX (Levitated Dipole Experiment – Левитирующий дипольный эксперимент), используется кольцеобразный магнит массой полтонны и размером с покрышку от крупного грузовика. Он изготовлен из расположенных внутри стальной конструкции сверхпроводящих катушек, удерживается в «подвешенном» состоянии мощным электромагнитным полем и выполняет функцию контроля за перемещением заряженного газа – плазмы с температурой в 10 млн градусов, которая находится во внешней камере диаметром 4,9 м.
Результаты показали, что внутри камеры случайные турбулентные процессы заставляют плазму становиться более плотной вместо расширения, а это увеличивает вероятность слияния ядер. Такое «турбулентное сжатие» наблюдается во время взаимодействия плазмы с магнитными полями Земли и Юпитера, но никогда ещё не воссоздавалось в лаборатории. В большинстве экспериментов применяются одна или две технологии: токамаки с окружающими камеру в виде «бублика» магнитами для ограничения плазмы и инерционное удержание плазмы лазерами, стреляющими в маленькую мишень из топлива. Но LDX – это совершенно иной путь, «первый эксперимент такого рода», – говорит физик из MIT Джей Кеснер (Jay Kesner). По его мнению, открыт альтернативный путь к синтезу ядер, однако с практичностью пока не всё ясно – требуется проведение большего количества исследований. Например, несмотря на измеренную высокую плотность плазмы необходимо новое оборудование для регистрации температуры, а тестирование должно проводиться на гораздо большей версии магнита и камеры.
Кеснер старается рассуждать объективно: другие типы установок, такие как токамаки, со смесью двух видов «тяжёлого» водорода (дейтерия и трития) скорее всего будут эксплуатироваться первыми. А построенные на основе LDX вероятно станут вторым поколением. Во время работы магнит LDX поддерживается полем от расположенного выше электромагнита, непрерывно контролируемого компьютером на основе точного определения координат восемью лазерами и детекторами. Положение 500-кг магнита с протекающим в нём током в миллион ампер сохраняется с отклонением в 0,5 мм. Если с контролирующей системой что-либо случится, падающее кольцо огромной массы «поймает» напоминающая конус конструкция с пружинами. Левитация магнита важна, потому что иначе любая поддерживающая опора будет искажать поле, которое ограничивает плазму в камере. В испытаниях центральный пик плотности горячего газа достигался за несколько сотых секунды и был похож на характеристики плазмы в планетарной магнитосфере. Говоря об отличиях между реакторами, Кеснер подчёркивает, что в токамаке плазма заключена в большой магнит, тогда как в LDX магнит располагается в плазме. Вся концепция была почерпнута из наблюдений за магнитосферами межпланетными кораблями. Есть и обратная польза: исследователи космоса могут получить из эксперимента LDX уникальные данные, которые спутники не предоставят.
По словам учёных, если эффект с турбулентностью и увеличением плотности удастся масштабировать, тогда поддержание условий для стабильной термоядерной реакции и производства чистой энергии будет возможно. Термоядерная энергетика обеспечит потребности планеты без способствующих глобальному потеплению выбросов. Хотя проект разрабатывается уже более 10 лет, первые экспериментальные результаты в «левитирующей» конфигурации получены совсем недавно. Как считают специалисты, LDX является одним из самых оригинальных экспериментов в сфере физики плазмы, и в теории будущее технологии многообещающее.
