Zap Energy: стабильная плазма возможна без магнитных систем

Американский стартап Zap Energy объявил о значительном прогрессе в разработке своей технологии Z-pinch. Новое исследование подтвердило, что плазма в устройстве FuZE демонстрирует термодинамическое равновесие, а это означает, что её можно масштабировать без потери стабильности.

В ходе экспериментов учёные изучали изотропию энергии нейтронов — один из главных показателей качества термоядерного синтеза. Изотропное распределение (равномерное во всех направлениях) означает, что реакция происходит за счёт чистого термического синтеза, а не побочных процессов вроде beam-target fusion, где быстрые ядра водорода сталкиваются с неподвижными и вызывают неустойчивые выбросы нейтронов.

Проверка стабильности синтеза

Команда Zap Energy провела 433 плазменных разряда при одинаковых условиях, измеряя распределение нейтронов. В результате учёные установили, что выбросы были почти полностью изотропными, подтверждая стабильность и масштабируемость технологии.

По словам главного учёного Zap Energy Ури Шумлака, этот результат является важнейшим доказательством того, что компания движется в правильном направлении.

«Эта измерительная работа имеет ключевое значение. Мы потратили огромные усилия, чтобы провести точные расчёты», — отметил Шумлак в блоге компании.

Почему это важно для термоядерного будущего

Метод Z-pinch — один из старейших подходов к управляемому термоядерному синтезу. В 1950-х годах британские учёные из проекта ZETA впервые применили его, пытаясь удерживать плазму с помощью магнитного сжатия. Однако тогдашние измерения нейтронов оказались ошибочными: вместо устойчивого термоядерного синтеза происходили нестабильные реакции с выбросами beam-target нейтронов, что сделало технологию непригодной для энергетики.

Zap Energy утверждает, что её подход решает проблему нестабильностей: управляемые сдвиговые потоки задерживают разрушение плазменного шнура, позволяя реакции протекать дольше.

Подобные трудности испытывали и другие технологии. Например, Dense Plasma Focus (DPF) генерирует много нейтронов, но работает за счёт beam-target эффектов, что делает его бесперспективным для масштабного энергопроизводства.

Что дальше?

После первого подтверждения термоядерного синтеза в 2018 году, команда Zap Energy улучшила точность измерений и повысила уровни энергии в реакторе. Теперь компания перешла к испытаниям на установке FuZE-Q, где изотропия нейтронов анализируется на ещё более высоких мощностях.

Важно отметить, что к концу каждого плазменного разряда исследователи зафиксировали снижение изотропии нейтронов, что может указывать на развитие магнитных нестабильностей перед окончанием реакции. Это открытие поможет скорректировать параметры системы, удерживать плазму дольше и повысить эффективность реакции.

В октябре 2024 года Zap Energy представила прототип Century — первую полностью интегрированную установку, демонстрирующую технологии будущей термоядерной электростанции. Если испытания FuZE-Q подтвердят работоспособность метода на более высоких мощностях, компания окажется на пороге создания коммерчески жизнеспособного реактора.

Подробности исследования команды были опубликованы в журнале Nuclear Fusion.