Кільце чистого світла, яке зависає в повітрі і не торкається нічого. Не нитки в плазмовій кулі, а суцільна замкнена петля. Саме таке кільце плазми нещодавно показав у своєму експерименті канал The Action Lab. І виявилося, що ця красива штуковина — не просто ефектна демонстрація. У ній заховано один із ключових принципів, на якому тримаються всі серйозні спроби створити термоядерний реактор.
Плазма — це газ, у якому електрони відірвані від атомів. Зазвичай її отримують високою напругою між двома електродами. Але електроди одразу стають проблемою: плазма нагрівається до шалених температур, і будь-який матеріал, що з нею контактує, просто не витримує. Особливо коли мова йде про мільйони градусів, потрібні для керованого термоядерного синтезу.
Ще в 1884 році німецький фізик Йоганн Горф показав інший шлях. Він зумів створити плазму без прямого контакту з електродами. Суть у тому, що змінне магнітне поле породжує циркулююче електричне поле. Це закон Фарадея. Якщо пропустити через котушку струм, який змінює напрямок мільйони разів на секунду, над нею виникає потужне вихрове електричне поле.
Воно розганяє вільні електрони, ті вибивають нові електрони з атомів — і ланцюгова реакція народжує плазму.
У експерименті The Action Lab саме так і зробили. У скляній колбі з ксеноном низького тиску з’явилося яскраве тороїдальне кільце. Воно не чіпає стінок і не має шляху для втечі заряджених частинок. Вони просто крутяться по замкненій траєкторії і поступово нагріваються.
«Це маленьке кільце ще далеко від температури, потрібної для синтезу. Але принцип той самий, що використовують у токамаках», — пояснює ведучий.
Токамак — це величезна «бублик»-камера, де плазму утримують потужні магнітні поля. Найбільший проєкт такого типу зараз будують у Франції. Це ITER. Там плазму нагрівають до 150 мільйонів градусів — удесятеро гарячіше, ніж у центрі Сонця. Струм у плазмі теж створюють індукцією, як у тому маленькому кільці. А додаткові магніти формують складні закручені силові лінії, щоб гаряча речовина не торкалася стінок.
Чому не просто «як на Сонці»На Сонці синтез іде інакше. Там звичайні протони поволі зливаються через протон-протонний ланцюжок. Процес настільки повільний,
що на одиницю об’єму Сонце виділяє менше тепла, ніж людське тіло. Для земної енергетики це занадто мляво. Тому в реакторах беруть ізотопи водню — дейтерій і тритій. Коли їх ядра стикаються на шаленій швидкості, сильна взаємодія зшиває їх у гелій і викидає нейтрон. Саме цей нейтрон забирає близько 80 % енергії.
Далі все просто в теорії: нейтрони поглинаються «ковдрою» навколо камери, нагрівають теплоносій, той крутить турбіну. На практиці поки що жоден реактор не видав більше корисної електроенергії, ніж сам споживає. Але інженери вже близько.
Наскільки це «чиста» енергіяБагато хто досі вважає термоядерний синтез абсолютно чистою технологією. Насправді все трохи складніше.
- Тритій сам по собі радіоактивний (період напіврозпаду близько 12 років).
- Швидкі нейтрони «активують» матеріали стінок реактора, перетворюючи їх на радіоактивні ізотопи.
- Частина цих ізотопів живе години чи роки, але є й довгоживучі, хоча їх утворюється значно менше, ніж у звичайних атомних станціях.
Саме тому маленьке світне кільце в лабораторії The Action Lab виглядає таким важливим. Воно наочно показує, що принцип, на якому будують майбутні електростанції, працює навіть у гаражному масштабі. І поки великі токамаки лише зводять, ця яскрава петля вже крутиться і нагадує: енергія зірок може стати земною. Питання лише в тому, наскільки швидко ми навчимося її ловити.
Запис Ентузіаст розповів про кільце плазми, яке може змінити енергетику спершу з'явиться на ProstoMob.
