Термоядерная энергетика, долгое время остававшаяся лишь мечтой, все ближе подступает к реальности. Одним из перспективных направлений является Z-пинч – концепция, уходящая корнями в 1950-е годы, когда для удержания плазмы использовались магнитные поля. Компания Zap Energy активно развивает это направление, предлагая инновационный подход к проблеме.
Особенностью подхода Zap Energy является стабилизация плазмы с помощью сдвиговых потоков. В отличие от ранних экспериментов, таких как ZETA (Zero Energy Thermonuclear Assembly) в Великобритании, где доминировала неустойчивая термоядерная реакция типа «пучок-мишень», приводящая к анизотропному распределению нейтронов, Zap Energy достигла значительных успехов в создании стабильной термоядерной реакции.
Ключом к пониманию успеха Zap Energy является измерение изотропности нейтронов. Нейтроны несут 80% энергии термоядерной реакции. Изотропия нейтронов, то есть одинаковое распределение их энергии во всех направлениях, является надежным признаком того, что плазма находится в термодинамическом равновесии и происходит истинный термоядерный синтез. Анизотропия, напротив, свидетельствует о реакции «пучок-мишень», которая менее эффективна и масштабируема.
Успех Zap Energy в измерении изотропности нейтронов в их устройстве FuZE является важным шагом вперед. Многочисленные измерения, проведенные на основе 433 плазменных импульсов, подтвердили, что FuZE генерирует нейтроны с высокой степенью изотропии.
В отличие от Dense Plasma Focus (DPF), где нейтроны в основном образуются в результате взаимодействий типа «пучок-мишень», подход Zap Energy позволяет добиться более эффективного и масштабируемого термоядерного синтеза. Это достигается за счет использования сдвиговых потоков для стабилизации Z-пинча, что задерживает нестабильность магнитного поля.
Важно отметить, что Zap Energy смогла достичь этих результатов без использования внешних магнитов для удержания плазмы, что упрощает конструкцию и потенциально снижает стоимость будущих термоядерных реакторов.
Ведущую роль в исследованиях Zap Energy играют такие ученые, как Ури Шумлак, главный научный сотрудник и соучредитель компании, и Рэйчел Райан, старший научный сотрудник, которая возглавляла группу, опубликовавшую статью в журнале Nuclear Fusion. К исследованиям также подключились сотрудники Lawrence Livermore National Lab.
Первые измерения теплового синтеза компания Zap Energy провела в 2018 году. Райан присоединилась к Zap в 2023 году. Сейчас компания работает над созданием устройства следующего поколения, FuZE-Q, которое должно обеспечить еще более высокие энергетические характеристики.
Особое внимание уделяется анализу потери изотропии в конце плазменных импульсов. Изучение этих процессов позволит улучшить стабильность плазмы и увеличить продолжительность термоядерной реакции. Тепловой синтез масштабируется экспоненциально с увеличением тока (примерно 10^11).
В итоге, подход Zap Energy, основанный на стабилизированном сдвиговым потоком Z-пинче, демонстрирует многообещающие результаты и может стать одним из ключевых решений на пути к созданию эффективных и экономически выгодных термоядерных электростанций.
Изображение носит иллюстративный характер
Особенностью подхода Zap Energy является стабилизация плазмы с помощью сдвиговых потоков. В отличие от ранних экспериментов, таких как ZETA (Zero Energy Thermonuclear Assembly) в Великобритании, где доминировала неустойчивая термоядерная реакция типа «пучок-мишень», приводящая к анизотропному распределению нейтронов, Zap Energy достигла значительных успехов в создании стабильной термоядерной реакции.
Ключом к пониманию успеха Zap Energy является измерение изотропности нейтронов. Нейтроны несут 80% энергии термоядерной реакции. Изотропия нейтронов, то есть одинаковое распределение их энергии во всех направлениях, является надежным признаком того, что плазма находится в термодинамическом равновесии и происходит истинный термоядерный синтез. Анизотропия, напротив, свидетельствует о реакции «пучок-мишень», которая менее эффективна и масштабируема.
Успех Zap Energy в измерении изотропности нейтронов в их устройстве FuZE является важным шагом вперед. Многочисленные измерения, проведенные на основе 433 плазменных импульсов, подтвердили, что FuZE генерирует нейтроны с высокой степенью изотропии.
В отличие от Dense Plasma Focus (DPF), где нейтроны в основном образуются в результате взаимодействий типа «пучок-мишень», подход Zap Energy позволяет добиться более эффективного и масштабируемого термоядерного синтеза. Это достигается за счет использования сдвиговых потоков для стабилизации Z-пинча, что задерживает нестабильность магнитного поля.
Важно отметить, что Zap Energy смогла достичь этих результатов без использования внешних магнитов для удержания плазмы, что упрощает конструкцию и потенциально снижает стоимость будущих термоядерных реакторов.
Ведущую роль в исследованиях Zap Energy играют такие ученые, как Ури Шумлак, главный научный сотрудник и соучредитель компании, и Рэйчел Райан, старший научный сотрудник, которая возглавляла группу, опубликовавшую статью в журнале Nuclear Fusion. К исследованиям также подключились сотрудники Lawrence Livermore National Lab.
Первые измерения теплового синтеза компания Zap Energy провела в 2018 году. Райан присоединилась к Zap в 2023 году. Сейчас компания работает над созданием устройства следующего поколения, FuZE-Q, которое должно обеспечить еще более высокие энергетические характеристики.
Особое внимание уделяется анализу потери изотропии в конце плазменных импульсов. Изучение этих процессов позволит улучшить стабильность плазмы и увеличить продолжительность термоядерной реакции. Тепловой синтез масштабируется экспоненциально с увеличением тока (примерно 10^11).
В итоге, подход Zap Energy, основанный на стабилизированном сдвиговым потоком Z-пинче, демонстрирует многообещающие результаты и может стать одним из ключевых решений на пути к созданию эффективных и экономически выгодных термоядерных электростанций.
