Науковці з Техаського університету розробили інноваційний метод вирішення багаторічної проблеми утримання високоенергетичних частинок у термоядерних реакторах, що наближає людство до чистої та доступної енергії.
Про це повідомляє видання SciTechDaily.com
Використання теорії симетрії замість традиційних методів дозволило створити значно ефективніший підхід до проектування магнітних систем. Цей метод працює у 10 разів швидше за стандартні підходи. Точність обчислень при цьому залишається на високому рівні. Така інновація може кардинально змінити швидкість розробки функціональних термоядерних реакторів.
«Найбільш захоплюючим є те, що ми вирішуємо проблему, яка була відкритою протягом майже 70 років», – зазначив Джош Бербі, доцент кафедри фізики в Техаському університеті. Він підкреслює, що це фундаментальна зміна в методології проектування реакторів.
Магнітне утримання та його виклики
Головною перешкодою для термоядерної енергетики залишалась проблема утримання плазми. Альфа-частинки (“високоенергетичні заряджені частинки, що утворюються під час термоядерної реакції”) мають тенденцію витікати з реактора. Такі втрати заважають підтримувати необхідні умови для стійкої термоядерної реакції.
Стеларатор використовує зовнішні котушки для створення магнітної “пляшки”. Така система утримує плазму в обмеженому просторі. Однак проектування ефективної магнітної системи вимагає величезних обчислювальних ресурсів.
Традиційні підходи до моделювання руху частинок базуються на законах Ньютона. Вони забезпечують високу точність, але потребують надмірного обчислювального часу. Альтернативні методи, як-от теорія збурень, працюють швидше, але значно втрачають у точності.
Переваги нового методу
Запропонована методика використовує теорію симетрії для моделювання поведінки частинок. «Наразі не існує практичного способу знайти теоретичну відповідь на питання про утримання альфа-частинок без наших результатів», – пояснює Бербі.
Новий підхід має універсальне застосування в термоядерних дослідженнях. Він може допомогти у вирішенні проблем не лише в стелараторах, але й у токамаках. Зокрема, метод ефективний для виявлення “дірок” у магнітному полі токамаків.
Дослідження підтримало Міністерство енергетики США. У науковій групі працювали фахівці з Техаського університету, Лос-Аламоської національної лабораторії та компанії Type One Energy Group.
Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review Letters під назвою “Non-perturbative Guiding Center Model for Magnetized Plasmas”. Цей прорив може стати вирішальним кроком на шляху до комерційного використання термоядерної енергії.