Сегодня существует два возможных пути к созданию самоподдерживающейся термоядерной реакции – "медленный" термоядерный синтез, который ученые планируют проводить внутри токамаков и прочих магнитно-плазменных систем, на основе которых сегодня строится международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЕР во Франции, и его "быстрый" аналог.
Под последним словом физики понимают особые системы, в которых термоядерная реакция запускается практически мгновенно, за миллионные доли секунды, в результате сжатия термоядерного топлива при помощи мощных пучков лазерного излучения. Такой реактор вырабатывает серию из термоядерных микровзрывов, из которых извлекается энергия.
Примерно 10 лет назад "быстрый" термоядерный синтез считался более перспективным, чем токамаки, однако неудачи в работе американской Национальной зажигательной установки, NIF, только два года назад показавшей сколь-либо значимые результаты, заставили многих физиков вернуться к идее "медленного" синтеза.
Андрей Козлов, физик-теоретик из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и сотрудник ИПМ РАН, предлагает использовать для этих целей не токамаки или мощнейшие лазеры, а гораздо более скромные ускорители плазмы, считавшиеся раньше одним из рядовых компонентов магнито-плазменных термоядерных реакторов.
Они представляют собой особые установки, разогревающие смесь из водорода и дейтерия до сверхвысоких температур и разгоняющие ее до нескольких сотен километров в секунду перед тем, как ее вводят в основное "кольцо" реактора, где плазму подхватывают магнитные ловушки и она разогревается еще сильнее.
Как отмечает Козлов, термоядерную реакцию можно запустить и вне магнитных ловушек, если бы плазма была разогнана до гораздо более высоких скоростей, порядка 1500 километров в секунду. Это сделать достаточно сложно из-за того, что это потребует пропускания через ускоритель токов огромной силы, которые просто сожгут установку до того, как она успеет выработать достаточное количество плазмы.
По этой причине российским физикам и их американским коллегам, занимающимся созданием подобных плазменных "пушек", удавалось достичь заметно более скромных скоростей движения материи – около 400 и 200 километров в секунду. Профессор МГУ выяснил, как можно преодолеть эту проблему, создав компьютерную модель подобного ускорителя и потока плазмы, порождаемого им.
"Для того чтобы на подобных установках добиться большего ускорительного эффекта, нужно увеличивать разрядные токи до 2.5, а то и 6 мегаампер, но при таких токах конструкция просто сгорит. Поэтому токи должны быть разумными, такими, какие есть, а надо всего лишь уменьшить плотность газа", — заявил Козлов, чьи слова передает пресс-служба Российского научного фонда.
Подобные методики ускорения плазмы, как отмечает физик, могут найти свое применение не только при постройке термоядерных реакторов, но и в других областях науки и техники.
Исследование поддержано грантом РНФ.
