Канадская компания General Fusion совершила значительный шаг вперёд на пути к практическому термоядерному синтезу. На установке LM26 им удалось втрое увеличить температуру плазмы исключительно за счёт механического сжатия, достигнув показателя 0,72 кэВ, что соответствует примерно 8,4 миллиона градусов Цельсия, сообщает InterestingEngineering.
Ирина Медведева
Установка LM26 компании General Fusion предназначена для сжатия намагниченной плазмы до состояния термоядерного синтеза. Источник: General Fusion
Это достижение рассматривается как важная веха в развитии технологии магнито-мишенного синтеза (MTF), где плазму сжимают механически, а не с помощью мощных лазеров или огромных сверхпроводящих магнитов.
По заявлению представителей компании из Ванкувера, LM26 повысила температуру электронов при сжатии более чем в три раза, приближаясь к следующей цели — 1 кэВ (около 10 миллионов градусов). Результаты эксперимента отправлены на рецензирование. Установка под названием Lawson Machine 26 представляет собой крупномасштабную демонстрационную систему, работающую с 2025 года.
Нагрев за счет сжатия
В отличие от токамаков вроде ITER, которые удерживают плазму магнитными полями, или лазерных систем, как Национальная установка управляемого термоядерного синтеза, подход General Fusion строится на механическом сжатии.
Сначала формируется намагниченная плазма, а затем она сжимается металлическим литиевым вкладышем. Это повышает температуру и плотность плазмы, приближая её к условиям, необходимым для термоядерных реакций.
LM26 — первая демонстрационная машина MTF, созданная в масштабе, который компания называет коммерчески значимым. Её диаметр примерно вдвое меньше будущего коммерческого оборудования.
Помимо повышения температуры, плотность плазмы и напряжённость полоидального магнитного поля во время сжатия выросли примерно в десять раз. Установка сохраняла стабильность на всём протяжении процесса, а исследователи не обнаружили значительного загрязнения от литиевого лайнера, которое долго считалось потенциальной проблемой для подобных систем.
Диагностические системы, включая измерения томсоновского рассеяния и абсолютного экстремального ультрафиолетового излучения (AXUV), подтвердили нагрев до 0,72 кэВ с погрешностью плюс-минус 0,08 кэВ. Также зафиксировано увеличение выхода нейтронов — это указывает на протекание термоядерных реакций. Однако чистой выработки энергии достичь не удалось, и результаты пока считаются предварительными до экспертной оценки.
Обнадёживающие результаты LM26 подтверждают, что магнито-мишенный синтез (MTF) может стать более практичной и экономически доступной альтернативой традиционным подходам. В отличие от гигантских токамаков, требующих десятилетий строительства и миллиардных вложений, установка General Fusion обладает значительно меньшими размерами и стоимостью.
Механическое сжатие с помощью литиевого вкладыша устраняет необходимость в сложнейших лазерных системах или сверхпроводящих магнитах, что упрощает масштабирование технологии. Успех LM26 в достижении стабильности и чистоты плазмы без существенного загрязнения от лития открывает путь к проектированию более мощных систем. Компания планирует поэтапно увеличивать параметры, чтобы приблизиться к коммерчески жизнеспособным реакторам, способным вырабатывать энергию.
Создать термоядерные условия
Грег Твинни, глава General Fusion, подчеркнул: «Мы прокладываем новый курс в термоядерном синтезе, используя уникальный практический подход MTF. Все объявленные показатели — ключевые свидетельства реального прогресса к нашим целевым техническим параметрам для LM26».
По данным компании, эксперименты почти идеально совпали с компьютерными моделями, что вселяет уверенность в будущих усовершенствованиях для работы в более сложных условиях.
Следующие важные технические рубежи для General Fusion — достижение уровня 1 кэВ, затем 10 кэВ и, наконец, выполнение критерия Лоусона, который является ключевым индикатором успешного термоядерного синтеза.
Следующим ключевым этапом станет достижение температуры 1 кэВ, что примерно соответствует десяти миллионам градусов Цельсия. Этот рубеж важен не только сам по себе, но и как подтверждение надёжности методики сжатия и удержания плазмы. Инженеры компании подчёркивают, что каждый следующий шаг будет основываться на данных, полученных на LM26, чтобы минимизировать риски.
General Fusion намерена провести серию экспериментов с улучшенными конфигурациями литиевого лайнера и более точными системами управления сжатием. Параллельно идёт работа над повышением однородности магнитного поля внутри плазменного шнура, что должно снизить потери энергии и повысить эффективность нагрева.
Достижение 10 кэВ — следующий амбициозный рубеж, который приблизит условия в установке к тем, что требуются для самоподдерживающейся термоядерной реакции. При такой температуре скорость ядерных реакций возрастает многократно, а плотность плазмы и время удержания начинают играть решающую роль.
Как информирует InterestingEngineering, General Fusion уже начала разработку модификаций LM26, которые позволят увеличить степень сжатия и усилить начальное магнитное поле. Параллельно ведутся исследования по оптимизации состава топливной смеси и методов инжекции плазмы. Успешное преодоление этого порога станет серьёзным сигналом для инвесторов и научного сообщества о том, что MTF способен конкурировать с более дорогими концепциями.
Конечная цель — выполнение критерия Лоусона
Конечная цель экспериментаторов — выполнение критерия Лоусона, который является ключевым индикатором успешного термоядерного синтеза, определяя условия, при которых энергетический выход термоядерных реакций превышает затраты на нагрев и удержание плазмы. Для этого необходимо одновременно достичь высокой температуры, достаточной плотности и времени удержания.
General Fusion считает, что уникальное сочетание механического сжатия и магнитного удержания позволяет добиться этих параметров при меньших масштабах установки. Компания уже закладывает основы для следующего прототипа, который будет вдвое больше LM26 и приблизится к коммерческим размерам. Если испытания подтвердят расчёты, то к началу 2030-х годов можно будет приступить к строительству экспериментального реактора, способного выдавать чистую энергию.
Параллельно с техническими усовершенствованиями General Fusion активно работает над коммерциализацией технологии. Компания заключает партнёрства с энергетическими корпорациями и правительственными агентствами, заинтересованными в дешёвом и безопасном источнике энергии.
В отличие от ядерного деления, термоядерный синтез не производит долгоживущих радиоактивных отходов и не несёт риска аварийного расплавления активной зоны. Литиевый вкладыш, используемый в MTF, не только сжимает плазму, но и служит частью системы охлаждения и воспроизводства трития, что делает цикл замкнутым и эффективным.
Эксперты отмечают, что если General Fusion удастся подтвердить заявленные параметры на следующих этапах, то магнито-мишенный синтез может стать одним из самых перспективных направлений в мировой энергетике, способным изменить подход к производству электричества в масштабах планеты.
Журнал «Химагрегаты» — всегда в курсе новостей и проблем развития термоядерного синтеза.
О прорывных направлениях развития энергетики мы писали в статье, посвященной созданию ядерного генератора на 250 Вт для будущих миссий НАСА на Уране.
Также мы рассказывали, что на юге Франции ученые и инженеры из 35 стран участвуют в одном из самых амбициозных проектов в мире, который позволит создать источник чистой энергии — термоядерный экспериментальный реактор ITER.