Гелий-3 разогнали до предела — и вдруг стало ясно, почему у Солнца такие причуды
NewsMakerСтелларатор сделал то, что раньше умели только токамаки — и, возможно, звёзды.
На крупнейшей в мире установке типа стелларатор — Wendelstein 7-X (W7-X) — учёные впервые смогли получить высокоэнергетические ионы гелия-3. Этот результат стал важной вехой в области исследований термоядерного синтеза.
Эксперимент проводился на установке, расположенной в Институте физики плазмы Макса Планка (Германия). W7-X — одна из самых продвинутых лабораторий для изучения управляемого синтеза. В отличие от токамаков, которые формируют плазму с помощью токов, стеллараторы полагаются на сложную магнитную геометрию для удержания высокотемпературной плазмы. Цель всех этих экспериментов — разработка источников энергии, имитирующих процессы, происходящие в недрах звёзд.
Один из главных вызовов в создании будущих термоядерных электростанций — это стабильное удержание плазмы с температурой в миллионы градусов. Именно внутри этой плазмы формируются альфа-частицы (ядра гелия-4), которые и поддерживают необходимую температуру реакции. Если эти частицы слишком быстро покидают плазму, она теряет тепло, и синтез останавливается.
Так как W7-X — это экспериментальная установка, не способная в полной мере воспроизвести все условия термоядерного реактора, учёные моделируют такие процессы с помощью более лёгких частиц. В данном случае они использовали ионы гелия-3, ускоренные до нужной энергии.
Для этого применили методику, известную как ионно-циклотронное резонансное нагревание (ICRH). Этот принцип можно сравнить с раскачиванием качелей: чтобы добиться максимального эффекта, каждое «плечо» должно совпадать с естественным ритмом движения. В физике — это и есть резонанс.
Суть метода ICRH заключается в подаче мощных радиочастотных волн в диапазоне мегаватт в плазму, содержащую водород и гелий-4. Эти волны настраиваются на частоту, с которой ионы гелия-3 вращаются вокруг магнитных линий поля — так называемую циклотронную частоту. В результате частицы эффективно поглощают энергию и достигают нужной скорости.
Это первый случай, когда в стеллараторе удалось получить высокоэнергетические ионы гелия-3 с помощью циклотронного нагрева. До сих пор подобные эксперименты проводились преимущественно на токамаках, и переход этой технологии в сферу стеллараторов открывает новые перспективы.
Система ICRH была разработана в рамках международного научного партнёрства Trilateral Euregio Cluster (TEC). Проект объединяет лабораторию физики плазмы Королевской военной академии в Брюсселе и два немецких института — IFN-1 и ITE в Юлихе.
Значимость этого эксперимента выходит далеко за пределы чисто энергетических задач. Исследователи подчёркивают, что аналогичные резонансные процессы могут происходить и в атмосфере Солнца, где наблюдаются так называемые облака, обогащённые гелием-3. Иногда их концентрация в солнечной короне достигает значений в 10 тысяч раз выше нормы.
Согласно гипотезе, гелий-3 в солнечной плазме может избирательно ускоряться под действием естественных электромагнитных волн. В этом смысле наблюдаемое в W7-X явление позволяет взглянуть по-новому не только на термоядерную энергетику, но и на поведение вещества в звёздных условиях.
Таким образом, успех эксперимента W7-X стал не только технологическим достижением, но и научным вкладом в понимание механизмов, формирующих структуру Вселенной. Исследования, направленные на создание устойчивого источника энергии, неожиданно дают ключи к разгадке процессов, происходящих в космосе.
На крупнейшей в мире установке типа стелларатор — Wendelstein 7-X (W7-X) — учёные впервые смогли получить высокоэнергетические ионы гелия-3. Этот результат стал важной вехой в области исследований термоядерного синтеза.
Эксперимент проводился на установке, расположенной в Институте физики плазмы Макса Планка (Германия). W7-X — одна из самых продвинутых лабораторий для изучения управляемого синтеза. В отличие от токамаков, которые формируют плазму с помощью токов, стеллараторы полагаются на сложную магнитную геометрию для удержания высокотемпературной плазмы. Цель всех этих экспериментов — разработка источников энергии, имитирующих процессы, происходящие в недрах звёзд.
Один из главных вызовов в создании будущих термоядерных электростанций — это стабильное удержание плазмы с температурой в миллионы градусов. Именно внутри этой плазмы формируются альфа-частицы (ядра гелия-4), которые и поддерживают необходимую температуру реакции. Если эти частицы слишком быстро покидают плазму, она теряет тепло, и синтез останавливается.
Так как W7-X — это экспериментальная установка, не способная в полной мере воспроизвести все условия термоядерного реактора, учёные моделируют такие процессы с помощью более лёгких частиц. В данном случае они использовали ионы гелия-3, ускоренные до нужной энергии.
Для этого применили методику, известную как ионно-циклотронное резонансное нагревание (ICRH). Этот принцип можно сравнить с раскачиванием качелей: чтобы добиться максимального эффекта, каждое «плечо» должно совпадать с естественным ритмом движения. В физике — это и есть резонанс.
Суть метода ICRH заключается в подаче мощных радиочастотных волн в диапазоне мегаватт в плазму, содержащую водород и гелий-4. Эти волны настраиваются на частоту, с которой ионы гелия-3 вращаются вокруг магнитных линий поля — так называемую циклотронную частоту. В результате частицы эффективно поглощают энергию и достигают нужной скорости.
Это первый случай, когда в стеллараторе удалось получить высокоэнергетические ионы гелия-3 с помощью циклотронного нагрева. До сих пор подобные эксперименты проводились преимущественно на токамаках, и переход этой технологии в сферу стеллараторов открывает новые перспективы.
Система ICRH была разработана в рамках международного научного партнёрства Trilateral Euregio Cluster (TEC). Проект объединяет лабораторию физики плазмы Королевской военной академии в Брюсселе и два немецких института — IFN-1 и ITE в Юлихе.
Значимость этого эксперимента выходит далеко за пределы чисто энергетических задач. Исследователи подчёркивают, что аналогичные резонансные процессы могут происходить и в атмосфере Солнца, где наблюдаются так называемые облака, обогащённые гелием-3. Иногда их концентрация в солнечной короне достигает значений в 10 тысяч раз выше нормы.
Согласно гипотезе, гелий-3 в солнечной плазме может избирательно ускоряться под действием естественных электромагнитных волн. В этом смысле наблюдаемое в W7-X явление позволяет взглянуть по-новому не только на термоядерную энергетику, но и на поведение вещества в звёздных условиях.
Таким образом, успех эксперимента W7-X стал не только технологическим достижением, но и научным вкладом в понимание механизмов, формирующих структуру Вселенной. Исследования, направленные на создание устойчивого источника энергии, неожиданно дают ключи к разгадке процессов, происходящих в космосе.