Плазма генерирует высокоэнергетические «альфа-частицы», которые абсолютно необходимы для поддержания сверхвысоких температур, необходимых для непрерывного термоядерного синтеза.
В W7-X электромагнитные волны подаются с помощью специальной антенны (показанной здесь в трех разных видах).
Б. Швер, ERM-KMS, Брюссель
Ученые крупнейшей в мире стеллараторной установки Wendelstein 7-X (W7-X) впервые успешно получили высокоэнергетические ионы гелия-3.
«В крупнейшем в мире стеллараторе впервые были получены высокоэнергетические ионы гелия-3 с использованием ионно-циклотронного резонансного нагрева, что стало важной вехой в исследованиях в области термоядерного синтеза», — сообщили ученые в пресс-релизе.
Эксперимент на W7-X, усовершенствованном термоядерном реакторе, эксплуатируемом Институтом физики плазмы Макса Планка, был направлен на решение важнейшей задачи в освоении термоядерной энергии. Будущие термоядерные электростанции будут полагаться на эффективное удержание сверхгорячей плазмы температурой в несколько миллионов градусов.
Эта плазма генерирует высокоэнергетические «альфа-частицы» (ядра гелия-4), которые жизненно важны для поддержания экстремальных температур, необходимых для непрерывных реакций синтеза. Если эти частицы вырываются слишком быстро, плазма остывает, и реакция не может поддерживаться.
Моделирование условий с ионами гелия-3
Учитывая экспериментальный характер W7-X и его упрощенную конструкцию по сравнению с полноценной термоядерной электростанцией, ученые моделируют эти условия, используя более легкие частицы с более низкой энергией.
«На практике более легкие ионы гелия-3 ускоряются до подходящей для этой цели энергии», — пояснили ученые.
Для достижения этой цели группа использовала передовую технологию, известную как ионно-циклотронный резонансный нагрев (ICRH).
«Это похоже на раскачивание ребенка на качелях: чтобы быть эффективным, каждый толчок должен быть точно настроен на собственную частоту колебаний качелей — другими словами, он должен находиться в резонансе», — говорится в пресс-релизе.
ICRH использует мощные, мегаваттного диапазона высокочастотные волны. Подавая электромагнитные волны в плазму, содержащую водород и гелий-4, и настраивая их на определенную частоту, на которой ионы гелия-3 естественным образом вращаются вокруг линий магнитного поля — их ионно-циклотронную частоту — частицы эффективно поглощают энергию.
«Это первый случай, когда высокоэнергетические ионы гелия-3 были получены в стеллараторе с использованием ионно-циклотронного резонансного нагрева (ICRH): первый в мире случай в исследованиях термоядерного синтеза», — подчеркивается в пресс-релизе.
«Система ICRH разрабатывается и эксплуатируется в W7-X под эгидой Трехстороннего кластера Euregio (TEC) в тесном сотрудничестве между Лабораторией физики плазмы Королевской военной академии в Брюсселе и институтами IFN-1 и ITE в Юлихе».
От ядерного синтеза до раскрытия тайн Вселенной
Это нововведение имеет последствия далеко за пределами Земли. Исследователи обнаружили, что те же самые резонансные процессы, которые управляют частицами гелия-3 в W7-X, могут объяснить озадачивающее явление на Солнце.
«Это исследование способствует разработке устойчивого источника энергии и дает неожиданные сведения о том, как работает солнце. Те же резонансные процессы, которые возбуждают частицы гелия-3 в W7-X, могут также объяснить периодическое появление облаков, богатых гелием-3, в его атмосфере», — отметила команда.
Предполагается, что частицы гелия-3 на Солнце могут избирательно ускоряться естественными электромагнитными волнами, образуя массивные облака, содержащие в 10 000 раз больше гелия-3, чем обычно.
«Эти результаты показывают, что термоядерная наука не только формирует будущее, но и помогает раскрыть тайны окружающего нас космоса», — говорится в пресс-релизе.
Sourse: interestingengineering.com
