Управление свободными электронами — путь к созданию эффективных реакторов ядерного синтеза

Для того, чтобы заставить атомы легких элементов объединяться в атомы более тяжелых элементов, требуются огромные давления и температуры. Но не только эти два фактора являются источниками опасности в камере реактора термоядерного синтеза. Еще одним видом потенциальной опасности являются высокоэнергетические свободные электроны, возникающие в плазменном шнуре в больших количествах. Создаваемое ими электрическое поле может оказать пагубное влияние на весь процесс в целом, а сам поток этих электронов, разогнанных до очень высокой скорости, может послужить причиной выхода из строя некоторых узлов и даже привести к нарушению целостности элементов защиты внутренней поверхности камеры реактора.

Группа ученых из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology), Швеция, разработала новый метод замедления свободных электронов. Это, по их мнению, должно сделать реакции термоядерного синтеза более стабильными и контролируемыми, а сами реакторы — более безопасными и эффективными.

Решением проблемы замедления свободных электронов стали ионы более тяжелых газообразных элементов, таких, как неон и аргон. Двигающиеся с высокой скоростью электроны попадают под влияние электрических полей, обусловленных зарядом тяжелых ионов. Это создает сопротивление, которое замедляет электроны, при этом, кинетическая энергия электронов снова превращается в тепловую и идет на инициализацию или поддержание реакций термоядерного синтеза. Все это, в свою очередь, делает реакции синтеза более стабильными и управляемыми.

Данный метод замедления свободных электронов был проверен при помощи расчетов сложнейшей математической модели, построенной на принципах и законах физики плазмы. Ученые производили расчеты, меняя каждый раз набор условий и новый метод всегда срабатывал, эффективно ограничивая энергию свободных электронов.

К сожалению, в настоящее время нет ни одного функционирующего реактора термоядерного синтеза, на котором можно произвести практическую проверку работоспособности нового метода замедления свободных электронов. Но, с учетом реализации некоторых масштабных проектов в этой области, возможность практической проверки представится шведским ученым в не таком уж и далеком будущем.