В 2022 году американский стартап Zap Energy достиг важного этапа на пути к экономически выгодной реакции термоядерного синтеза — получил и удержал плазму с электрическим током 500 кА. И вот два года спустя разработчики сообщили о новом успехе — температуру плазмы удалось поднять до 3 кэВ, что приблизительно эквивалентно 37 млн градусов Цельсия.
Важнейший этап в процессе термоядерного синтеза — генерация плазмы, четвертого состояния вещества, при котором ядра и электроны перестают поддерживать свое атомное состояние. Это позволяет атомам сливаться, выделяя огромное количеств энергии. Примером этой реакции служит Солнце, в недрах которого водород превращается в гелий и ряд тяжелых элементов. Однако поскольку термоядерная плазма состоит из двух компонентов, ядер и электронов, которые отличаются по массе, они нагреваются и остывают с разной скоростью. Быстрое охлаждение электронов может воспрепятствовать нагреву плазмы.
Стартап Zap Energy был основан как раз для решения проблемы преждевременного охлаждения электронов. В основу своего подхода физики положили известный Z-пинча, который вместо сложных и дорогих магнитных катушек использует для фиксации плазмы электромагнитное поле, возникающее внутри нее самой. Сильные токи, проходя через жгуты плазмы, нагревают и сжимают ее. Проблема заключается в том, что такую плазму сложно долго удерживать, пишет IE.
Однако специалистам Zap Energy удалось подобрать решение этой проблемы нестабильности методом сглаживания потоков плазмы. Постепенно они увеличивали силу тока и оптимизировали соотношение температуры, плотности и продолжительности Z-пинча для получения стабильной и производительной термоядерной плазмы.
Измерения температуры электронов в плазме реактора FuZe показали, что она находится на том же высоком уровне, что и температура ядер, а плазма сохраняет оптимальное тепловое равновесие.
Помимо реактора FuZe стартап работает над более совершенной платформой FuZE-Q. В ней будет обновлен блок питания и повышена сила тока до уровня достижения точки «энергетической безубыточности» — момента, когда энергия, выходящая из Z-пинча, будет больше, чем энергия, затрачиваемая на создание плазмы и удерживающего ее магнитного поля.
Специалисты Корейского института термоядерной энергии ранее смогли поддерживать температуру плазмы на отметке 100 млн градусов Цельсия внутри сверхпроводящего токамака KSTAR на протяжении 48 секунд. Свой прежний рекорд ученые побили на 18 секунд. Вдобавок, режим высокого удержания сохранялся более 100 секунд.
