MUSE: Нов стеларатор ще позволи контрол на термоядрения синтез без допълнителни разходи
Изследователите от Лабораторията по физика на плазмата в Принстън (PPPL) се приготвят да създадат пробив в региона на следения термоядрен синтез с новаторската идея за стеларатора MUSE.
За разлика от обичайните скъпи планове, които изискват екзотични свръхпроводими сплави за електромагнити, MUSE въплъщава радикално друг метод.
Според теорията, изложена в публикацията от 2020 година във Physical Review Letters, чийто създател е Пер Хеландер от Института „ Макс Планк “, потреблението на непрекъснати магнити може доста да опрости структурата на намотките на стеларатора. Тази концепция е отразена в дизайна на MUSE.
С десетилетия опит в региона на инженерството, изчислителната техника и теоретичната физика учените са създали комплицирана машина, която държи плазмата – електрически зареденото четвърто положение на материята с извита конструкция.
MUSE – първият стеларатор, издигнат в PPPL от 50 години насам, и първият, в който са употребявани непрекъснати магнити. MUSE употребява стеснен брой идентични тороидални намотки, а вакуумната камера е заобиколена от 3D-принтирани структури, в които са вградени непрекъснати магнити. Тези магнити са подредени в специфичен модел, който образува плазмата вътре в камерата. Не е належащо зареждане или (теоретично) охладителна система, което фрапантно понижава разноските за инсталацията.
„ MUSE значително е съединен от налични в комерсиалната мрежа елементи. Работейки с компании за 3D щемпел и снабдители на магнити, можем да изберем съставни елементи с нужните ни характерности, вместо да се постанова да ги сътворяваме сами. “
отбелязва Майкъл Зарнсторф, водещ физик в PPPL
MUSE също по този начин демонстрира в по-голяма степен от всеки предходен стеларатор теоретично свойство, известно като квазисиметрия. Концепцията за квазисиметрия, основана от физика Алън Бузер от PPPL при започване на 80-те години на предишния век допуска, че въпреки формата на магнитното поле вътре в стеларатора да се разграничава от физическата му форма, неговият интензитет остава идентичен във всички точки на устройството. Това способства за ефикасното ограничение на плазмата и усилва вероятността за реакции на термоядрен синтез.
„ Всъщност качеството на квазисиметрията на MUSE е 100 пъти по-високо от това на който и да е различен стеларатор.„
отбелязва Зарнсторф
Концепцията обаче има своите ограничавания. Постоянните магнити имат лимитирана мощ на полето, не могат да се настройват и от време на време се демагнетизират при високи температури.
Въпреки това PPPL няма самообладание да стартира проби в действителни условия. Липсата на охлаждан дивертор сигурно ще наложи някои ограничавания върху опитите, само че това не понижава революционния темперамент на плана. Техниката ще разреши на откривателите да тестват нови концепции за бъдещи термоядрени електроцентрали.
Екипът на PPPL възнамерява също по този начин да организира серия от опити, с цел да характеризира тъкмо квазисиметрията на MUSE и да разбере до каква степен дейно е устройството да предотвратява приключването на горещи частици от ядрото на плазмата към нейните краища. Изследователските способи ще включват в детайли картографиране на магнитните полета и разбори на забавянето на въртенето на плазмата. Това зависи от квазисиметрията на устройството.
