Компания TAE впервые продемонстрировала бор-водородный термоядерный синтез в среде плазмы, удерживаемой магнитным полем

Posted by admin on 3 марта, 2023

В реакторах термоядерного синтеза, которые уже существуют на текущий момент или находятся в стадии строительства, в качестве топлива используется тритий, достаточно редкое и проблемное вещество. Но существуют и другие виды термоядерного синтеза, к которым можно отнести более дешевый и безопасный синтез бора-11 и водорода (H-B синтез). И недавно калифорнийская компания TAE Technologies добилась в этом направлении достаточно значимого успеха, им удалось произвести первые измерения параметров H-B синтеза в среде плазмы, удерживаемой внешним магнитным полем.

Компания TAE Technologies является одним из серьезных «игроков на поле» термоядерной энергетики уже достаточно давно. В настоящее время в их распоряжении имеется цилиндрический термоядерный реактор пятого поколения под названием «Norman», который изначально был рассчитан на температуру плазмы в 30 миллионов градусов Цельсия, но который успешно перешагнул отметку в 75 миллионов градусов.

Как можно понять из всего вышесказанного, главным направлением деятельности компании TAE Technologies является реализаций бор-водородного термоядерного синтеза. В таком виде синтеза задействованы ядра атомов бора-11, которые бомбардируются высокоэнергетическими протонами, ядрами водорода. При столкновении и при последующей термоядерной реакции получаются три высокоэнергетических ядра атомов гелия, альфа частицы. Однако, такой вид термоядерного синтеза не будет идти эффективно при температурах порядка сотни миллионов градусов, которых будет достаточно для работы реакторов на тритии. Для этого требуются температуры в миллиард градусов и более, которых компания TAE планирует достичь к 2030 году.

Отметим, что реакции H-B синтеза уже наблюдались в условиях плазмы, созданной при помощи лазера, и в недрах ускорителей частиц при столкновении высокоэнергетических лучей. Но ранее такой синтез еще не разу не «запускался» в плазме, удерживаемой магнитным полем, т.е. в условиях, которые будут присутствовать в термоядерных H-B реакторах.

Эксперимент был проведен при содействии ученых и специалистов японского национального института NIFS (National Institute for Fusion Science), в стенах которого находится самое большое в мире устройство на базе эффекта сверхпроводимости для удержания плазмы и второй по величине реактор типа стеллатор — Large Helical Device (LHD).

Отметим, что стеллатор LHD изначально не разрабатывался с прицелом на реализацию H-B синтеза. Однако у него имеется система инжекции, позволяющая ввести в плазму атомы бора или молекулы нитрида бора. Эта система использовалась ранее для введения в плазму других видов примесей, которые в виде защитного напыления оседали на стенках оболочки реактора, убирали другие виды примесей, уменьшали турбулентность и увеличивали плотность плазмы. Со стороны компании TAE в эксперименте были задействованы новые датчики PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon), предназначенные для обнаружения и подсчета альфа-частиц, являющихся продуктом H-B синтеза.

Во время проведения эксперимента в состав плазмы в реакторе LHD были введены атомы бора-11. И после того, когда на плазменный шнур был нацелен луч высокоэнергетических протонов, датчики PIPS зарегистрировали 150-кратное увеличение потока альфа-частиц, что является индикатором хода процесса H-B синтеза.

«Этот эксперимент дал нам в руки очень богатый набор данных для дальнейшей работы. Кроме этого, эксперимент показал, что бор-водородный синтез подходит для его использования в промышленных масштабах» — рассказывает Микль Биндербоер (Michl Binderbauer), генеральный директор TAE Technologies, — «Теперь мы знаем, что решив ряд физических и технологических проблем, мы сможем дать миру новый «безуглеродный» источник энергии, использующий в качестве топлива нерадиоактивные и весьма распространенные химические элементы».

Компания TAE Technologies будет продолжать исследования в области H-B синтеза. Руководство компании «к середине текущего десятилетия» планирует закончить строительство нового реактора под названием «Copernicus», который уже сможет обеспечить положительный энергетический баланс, т.е., когда количество выделившейся энергии превысит количество энергии, затраченной на инициализацию термоядерного синтеза. А к началу 2030-х годов ожидается появление еще более нового реактора «Da Vinci», который уже будет первым прототипом промышленного реактора H-B синтеза и который уже будет подключен к общей энергетической сети.

[embedded content]

Ключевые слова:
TAE Technologies, Термоядерный, Синтез, Бор, Водород, Альфа, Частица, Реактор, LHD, Датчик, PIPS