Китай с огромна крачка в ядрения синтез: „Изкуственото слънце“ поддържа плазмата стабилна при екстремни плътности

Ядреният термоядрен реактор EAST, наричан „изкуственото слънце“ на Китай, успя да поддържа свръхгореща плазма при екстремни плътности, преодолявайки основна бариера по пътя към повишаване на ефективността на технологията за ядрен синтез, която обещава да осигури на човечеството неограничена чиста енергия, съобщава Live Science, позовавайки се на материал, публикуван на 1 януари 2026 г. в списание Science Advances, информира Agerpres.

Китай, огромна крачка в ядрения синтез. Изкуственото „слънце“ поддържа плазмата стабилна при екстремни плътности, пише Newsweek.

Експерименталният реактор за усъвършенстван свръхпроводящ токамак (EAST) е поддържал плазмата - високоенергийното четвърто агрегатно състояние на материята - стабилна при екстремни плътности, което преди това се смяташе за основна пречка за развитието на технологията за ядрен синтез, според изявление, издадено от Китайската академия на науките.

„Констатациите предполагат практичен и мащабируем път за разширяване на границите на плътност в токамаците и устройствата за плазмен синтез от следващо поколение“, каза в изявление съавторът на изследването, Пинг Джу, професор в Училището по електротехника и електронно инженерство към Китайския университет за наука и технологии.

Ядреният синтез предлага потенциал за почти неограничена чиста енергия. С други думи, енергия без ядрени отпадъци или емисиите на парникови газове, отделяни от изгарянето на изкопаеми горива.

Новите открития биха могли да доближат човечеството с една крачка до отключването на този енергиен източник, който някои изследователи твърдят, че бихме могли да овладеем в рамките на няколко десетилетия.

Технологията за ядрен синтез обаче се разработва от над 70 години и все още е експериментална наука, като реакторите обикновено консумират повече енергия, отколкото могат да произведат.

Как работят термоядрените реактори

Термоядрените реактори са проектирани да сливат два леки атома в един по-тежък атом, използвайки топлина и налягане. По този начин те генерират енергия по подобен начин на Слънцето. 

Слънцето обаче има много по-високо налягане от земните реактори, така че учените компенсират, като улавят гореща плазма при температури, по-високи от тези на Слънцето.Китайският EAST е магнитно ограничен реактор или токамак, проектиран да поддържа плазмата да гори непрекъснато за дълги периоди от време.

Реакторът нагрява плазмата и я улавя в камера с форма на поничка, използвайки силни магнитни полета.

Реакторите на токамак все още не са постигнали запалване чрез термоядрен синтез, точката, в която синтезът става самоподдържащ се, но реакторът EAST е увеличил времето, през което може да поддържа цикъл от изключително гореща плазма.

Едно препятствие за изследователите на термоядрен синтез е ограничението на плътността, наречено граница на Грийнуолд, след което плазмата обикновено става нестабилна. Това ограничение е проблем, защото докато по-високите плътности на плазмата позволяват на повече атоми да се сблъскват един с друг, като по този начин намаляват енергийните разходи за запалване, нестабилността също така убива реакцията на термоядрен синтез.

За да преодолеят границата на Грийнуолд, учените от EAST внимателно управляват взаимодействието на плазмата със стените на реактора, контролирайки два ключови параметъра при стартиране на реактора: началното налягане на горивния газ и нагряването на електроните чрез циклотронен резонанс или честотата, с която електроните в плазмата абсорбират микровълните. Това поддържа плазмата стабилна при екстремни плътности от 1,3 до 1,65 пъти границата на Грийнуолд - много по-високи от типичния работен диапазон на токамака от 0,8 до 1, според проучването.

Това не е първият път, когато границата на Грийнуолд е била превишена, според Live Science. Например, токамакът DIII-D на Националния термоядрен комплекс на Министерството на енергетиката на САЩ в Сан Диего надхвърли лимита през 2022 г., а през 2024 г. изследователи от Университета на Уисконсин-Мадисън в Уисконсин обявиха, че са поддържали плазмата на токамака стабилна на около 10 пъти границата на Грийнвалд, използвайки експериментално устройство.

Въпреки това, постигнатата в EAST производителност позволи на изследователите да нагреят плазмата до предварително теоретично състояние, наречено „режим без плътност“, за първи път, при което плазмата остава стабилна с увеличаване на плътността. Изследването се основава на теория, наречена самоорганизация на плазмените стени (PWSO), която предполага, че режим без плътност е възможен, когато взаимодействието между плазмата и стените на реактора е в внимателно балансирано състояние, според изявлението.

Напредъкът, постигнат в EAST и в САЩ, ще повлияе на разработването на нови реактори. Китай и САЩ са част от програмата за Международен термоядрен експериментален реактор (ITER), която е сътрудничество между десетки страни за изграждане на най-големия в света термоядрен реактор токамак във Франция.

ITER ще бъде друг експериментален реактор, предназначен да създаде устойчив термоядрен синтез за изследователски цели, но би могъл да проправи пътя за термоядрени електроцентрали. Очаква се реакторът ITER да започне да произвежда широкомащабни термоядрени реакции от 2039 г.