В физике плазмы горящая плазма — это плазма, которая нагревается в основном за счет реакций синтеза с участием тепловых плазменных ионов. [1] [2] Солнце и подобные звезды представляют собой горящую плазму, и в 2020 году Национальный центр зажигания добился получения горящей плазмы в лабораторных условиях. [3] Близкой по смыслу концепцией является концепция зажженной плазмы , в которой весь нагрев происходит за счет реакций синтеза.
Солнце и другие звезды главной последовательности нагреваются изнутри за счет реакций синтеза с участием ионов водорода . Высокие температуры, необходимые для поддержания реакций синтеза, поддерживаются процессом самонагрева, в котором энергия реакции синтеза нагревает тепловые ионы плазмы посредством столкновений частиц. Плазма входит в то , что ученые называют режимом горящей плазмы, когда мощность самонагрева превышает любой внешний нагрев. [1]
Солнце — это горящая плазма, достигшая стадии термоядерного воспламенения , то есть температура плазмы Солнца поддерживается исключительно за счет энергии, выделяемой при термоядерном синтезе. Солнце сжигает водород уже 4,5 миллиарда лет и находится примерно на полпути своего жизненного цикла. [1]
Термоядерное оружие, также известное как водородные бомбы, — это ядерное оружие , которое использует энергию, высвобождаемую в результате реакций синтеза горящей плазмы, для производства части своей взрывной мощности. Это отличается от оружия чистого деления, которое производит всю свою мощность из нейтронной ядерной реакции деления. Первым термоядерным взрывом, а следовательно, и первой искусственно созданной горящей плазмой, был тест Айви Майк , проведенный Соединенными Штатами в 1952 году. Все ядерное оружие высокой мощности сегодня является термоядерным оружием. [4]
В 2020 году горящая плазма была впервые создана в лаборатории в Национальном центре зажигания , большом лазерном исследовательском устройстве инерциального термоядерного синтеза , расположенном в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния . [3] NIF добился полного зажигания плазмы 8 августа 2021 года, [5] [6] [7] и научного прироста энергии выше единицы 5 декабря 2022 года. [8] [9]
В настоящее время ведется строительство нескольких токамаков , которые должны стать первым экспериментом по горению плазмы с магнитным удержанием .
ITER , строящийся недалеко от Кадараша во Франции, имеет заявленную цель — позволить ученым и инженерам по термоядерному синтезу исследовать физику, инженерию и технологии, связанные с саморазогревающейся плазмой. Вопросы, которые необходимо изучить, включают понимание и управление сильно связанной, самоорганизованной плазмой; управление теплом и частицами, которые достигают поверхностей, обращенных к плазме; демонстрацию технологии воспроизводства топлива; и физику энергичных частиц. Эти вопросы имеют отношение к более широкой цели ITER — использовать реакции саморазогревающейся плазмы, чтобы стать первым устройством термоядерной энергии, которое вырабатывает больше энергии, чем потребляет, что является важным шагом на пути к коммерческому производству термоядерной энергии. [1] Для достижения температур, соответствующих термоядерному синтезу, токамак ITER будет нагревать плазму тремя методами: омическим нагревом (пропусканием электрического тока через плазму), инжекцией пучка нейтральных частиц и высокочастотным электромагнитным излучением . [1]
SPARC , строящийся в Девенсе, США, планирует проверить технологию и физику, необходимые для строительства электростанции на основе концепции термоядерной электростанции ARC . [10] SPARC разработан для достижения этого с запасом, превышающим безубыточность , и может быть способен достигать до 140 МВт термоядерной мощности для 10-секундных всплесков, несмотря на его относительно компактный размер. [10] Высокотемпературный сверхпроводящий магнит SPARC предназначен для создания гораздо более сильных магнитных полей , что позволяет ему быть намного меньше, чем аналогичные токамаки. [11]
Горящая плазма NIF, несмотря на то, что не происходит в энергетическом контексте, была охарактеризована как важная веха в гонке за ядерной термоядерной энергетикой , [12] [13] [14] с пониманием того, что она может принести с собой лучшую планету. [15] Первая управляемая горящая плазма была охарактеризована как критический момент на том же уровне, что и испытание Trinity , с огромными последствиями для термоядерного синтеза для получения энергии (термоядерной энергетики), включая использование термоядерной энергетики в военных целях, в основном для производства электроэнергии для оружия направленной энергии , а также термоядерного синтеза для построения мира — одной из главных задач ITER. [16] [17] [18]
В этой статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии : «DOE Explains...Burning Plasma». Energy.gov . Получено 26.01.2022 .Выстрел в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса 5 декабря стал первой в истории контролируемой реакцией термоядерного синтеза, давшей прирост энергии.