Физики, занимающиеся разработкой термоядерной энергетики, предложили решение давней проблемы, которая десятилетиями тормозила прогресс в создании реакторов, способных вырабатывать чистую и практически неисчерпаемую энергию.
Сегодня в разных странах ведутся масштабные работы по разработке технологий термоядерного синтеза — процесса, аналогичного тому, что происходит в недрах Солнца, где сливаются атомы водорода, образуя гелий и высвобождая колоссальное количество энергии. В отличие от тепловых электростанций и даже атомных, термоядерные установки потенциально не выбрасывают парниковые газы и не производят опасных радиоактивных отходов, что делает их идеальными с точки зрения экологии и энергетики.
Однако на пути к практическому применению синтеза долгое время стояла одна ключевая техническая проблема: неспособность надёжно удерживать внутри реактора высокоэнергетические частицы, в частности альфа-частицы. Эти частицы необходимы для поддержания температуры плазмы, но из-за «дырок» в магнитном поле они утрачиваются, и реакция прекращается.
Для управления термоядерным синтезом инженеры используют устройства типа стеллараторов и токамаков, где плазма удерживается при помощи мощного магнитного поля. Однако эти поля, особенно в стеллараторах, нередко содержат микроскопические дефекты, через которые ценные альфа-частицы ускользают. Выявить и устранить такие утечки было крайне сложно: традиционные методы, основанные на классической механике Ньютона, требуют огромных вычислительных ресурсов и занимают много времени, что делает процесс разработки новых реакторов чрезвычайно трудоёмким.
Авторы нового исследования нашли способ решить эту проблему, используя принципы симметрии для анализа магнитных конфигураций. Их метод позволяет точно находить участки утечек и корректировать геометрию поля, чтобы минимизировать потери частиц.
Как заявляют исследователи, эта задача стояла перед инженерами с середины XX века — почти 70 лет. Теперь же предложенное решение может не только ускорить разработку термоядерных установок, но и существенно повысить их эффективность. Причём новая методика применима не только к стеллараторам, но и к токамакам — в последних основной угрозой являются электроны, которые при потере контроля могут пробивать стенки реактора.
Учёные считают, что новая технология приблизит создание коммерчески эффективных термоядерных электростанций. Такие установки смогут снабжать человечество почти неисчерпаемыми объёмами чистой энергии — безопасной, экологичной и независимой от природных ресурсов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
