Двома ведучими концепціями для утримання високотемпáної термоядерної плазми є токамак і стелларатор. Токамаки обертально симетричні і використовують великий плазмовий струм для досягнення утримання, тоді як стеларатори не є осе-симетричними і використовують тривимірні котушки магнітного поля для скручування поля і обмеження плазми.
В результаті магнітне поле стеларатора повинно бути ретельно спроектовано, щоб мінімізувати колізійне переміщення, що виникає через погано обмежені орбіти частинок, що в іншому випадку викликало б надмірні втрати потужності при високих температурах плазми.
В останньому експерименті стеларатора Wendelstein 7-X були досягнуті більш високі температури і щільності плазми, більш довгі імпульси і встановлений світовий рекорд стелларатора для продукту злиття. Крім того, було отримано перше підтвердження концепції оптимізації, на якій ґрунтується Wendelstein 7-X.
Wendelstein 7-X в Інституті плазмової фізики ім. Макса Планка (IPP) в Грайфсвальді, є найбільшим у світі апаратом злиття стеллараторного типу, і досліджує придатність цієї концепції для застосування на електростанціях.
На відміну від першої фази експерименту в 2015/16 році, плазмову посудину Wendelstein 7-X було оснащено новою внутрішньою оболонкою з вересня минулого року. Стіни тепер покриті графітовою плиткою, що забезпечує більш високі температури і більш тривалі плазмові розряди.
З так званим дивертором також можна контролювати чистоту і щільність плазми: диверторні плитки йдуть за скрученим контуром краю плазми у вигляді десяти широких смуг уздовж стінки плазмової судини. Таким чином, вони захищають, зокрема, стінки, на які вдаряються частинки, що виходять з краю плазмового кільця. Поряд з домішками, падаючі частинки тут нейтралізуються і відкачуються.
«Перший досвід роботи з новими елементами стіни дуже позитивний», - каже професор д-р Томас Санн Педерсен. Тоді як до кінця першої кампанії тривалість імпульсу сягала шести секунд, то тепер він триває до 26 секунд. Енергія нагріву до 75 мегаджоулів може надходити в плазму, що в 18 разів більше, ніж на першій фазі екперимента без дивертора. Потужність нагріву також може бути збільшена, що є передумовою для високої щільності плазми.
Таким чином було досягнуто рекордного значення для продукту злиття. Цей продукт температури іонів, щільності плазми і часу утримання енергії вказує, наскільки близько наближається до значень реактора, необхідних для займання плазми.
При температурі іонів близько 40 мільйонів градусів і щільності 0,8 ″ 1020 частинок ″ на кубічний метр Wendelstein 7-X сягнув продукту злиття, що забезпечує 6 1026 частинок на кубічний метр, світовий рекорд стеларатора.
«Це відмінний показник для влаштування такого розміру, досягнутого, крім того, в реальних умовах, тобто при високій температурі іонів плазми», - говорить професор Сунн Педерсен. Час утримання енергії є одним з кращих, коли-небудь досягнутих в стелараторах, як в абсолютних цифрах (^ E > 100 мс), так і щодо шкали утримання стелларатора. «Це вселяє нам оптимізм для нашої подальшої роботи» - кажуть вчені.
Метою досліджень у галузі термоядерного синтезу є розробка електростанції, сприятливої для клімату та навколишнього середовища. Подібно Сонцю, вона повинна отримувати енергію від злиття атомних ядер. Оскільки синтез вимагає температур, що перевищують 100 мільйонів градусів, паливо, а саме: воднева плазма низької щільності, не повинна стикатися зі стінками холодної судини. Утримувана магнітними полями, вона підвішена всередині вакуумної камери практично без контакту.
Магнітна «клітина» Wendelstein 7-X виробляється кільцем з 50 надпровідних магнітних котушок висотою близько 3,5 метрів. Їх особливі форми є результатом складних розрахунків з оптимізації. Хоча Wendelstein 7-X не вироблятиме енергію, вчені сподіваються довести, що стеларатори підходять для застосування на електростанціях.
Мета дослідження - пристрій має продемонструвати істотну перевагу стелараторів, а саме: їх здатність працювати в безперервному режимі.